DE112012004821B4 - Rasterionenmikroskop und Sekundärteilchen-Steuerungsverfahren - Google Patents
Rasterionenmikroskop und Sekundärteilchen-Steuerungsverfahren Download PDFInfo
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Abstract
Rasterionenmikroskop, umfassend:
eine Ionenquelle;
eine Prüfkörperstation, die zum Halten eines Prüfkörpers konfiguriert ist;
ein ionenoptisches System, das so konfiguriert ist, dass von der Ionenquelle emittierte Ionen zur Konvergenz am Prüfkörper gebracht werden und die zur Konvergenz gebrachten Ionen zu einer vorgegebenen Position am Prüfkörper abgelenkt werden;
eine Ionensteuerungsvorrichtung, die zur Steuerung des ionenoptischen Systems konfiguriert ist;
einen Sekundärteilchendetektor, der zum Erfassen eines vom Prüfkörper emittierten Sekundärteilchens konfiguriert ist; und
eine Bildverarbeitungseinheit, die zur Erzeugung eines Bilds konfiguriert ist, wobei ein Signal vom Sekundärteilchendetektor der Ablenkung der konvergierten Ionen entspricht, wobei das Bild in einer Speichereinheit gespeichert und an einer Anzeigeeinheit angezeigt wird;
wobei das Rasterionenmikroskop ferner Folgendes umfasst:
ein Trägerelement, das elektrisch leitend ist, das so konfiguriert ist, dass es einen Dünnfilm, der mit den Ionen bestrahlt wird, trägt, und das zwischen dem ionenoptischen System und dem Prüfkörper angeordnet ist; und
eine Einrichtung zur Steuerung eines ersten elektrischen Potentials, bei dem es sich um das elektrische Potential des Trägerelements handelt.
eine Ionenquelle;
eine Prüfkörperstation, die zum Halten eines Prüfkörpers konfiguriert ist;
ein ionenoptisches System, das so konfiguriert ist, dass von der Ionenquelle emittierte Ionen zur Konvergenz am Prüfkörper gebracht werden und die zur Konvergenz gebrachten Ionen zu einer vorgegebenen Position am Prüfkörper abgelenkt werden;
eine Ionensteuerungsvorrichtung, die zur Steuerung des ionenoptischen Systems konfiguriert ist;
einen Sekundärteilchendetektor, der zum Erfassen eines vom Prüfkörper emittierten Sekundärteilchens konfiguriert ist; und
eine Bildverarbeitungseinheit, die zur Erzeugung eines Bilds konfiguriert ist, wobei ein Signal vom Sekundärteilchendetektor der Ablenkung der konvergierten Ionen entspricht, wobei das Bild in einer Speichereinheit gespeichert und an einer Anzeigeeinheit angezeigt wird;
wobei das Rasterionenmikroskop ferner Folgendes umfasst:
ein Trägerelement, das elektrisch leitend ist, das so konfiguriert ist, dass es einen Dünnfilm, der mit den Ionen bestrahlt wird, trägt, und das zwischen dem ionenoptischen System und dem Prüfkörper angeordnet ist; und
eine Einrichtung zur Steuerung eines ersten elektrischen Potentials, bei dem es sich um das elektrische Potential des Trägerelements handelt.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rasterionenmikroskop, das ein Prüfkörperbild durch Abtasten mit ungeladenen Teilchen erzeugen kann, sowie ein Sekundärteilchen-Steuerungsverfahren.
- Stand der Technik
- Das Patentdokument 1 und das Patentdokument 2 beschreiben fokussierte Ionenstrahlvorrichtungen (FIB-Vorrichtungen), die eine Gasfeldionisations-Ionenquelle (GFES) aufweisen und Gasionen, wie Wasserstoff (H2), Helium (He) und Neon (Ne), verwenden. Derartige fokussierte Gasionenstrahlen (Gas-FIB) haben die vorteilhafte Wirkung, dass sie keine Ga-Kontamination am Prüfkörper hervorrufen, wie es bei fokussierten Gallium-Ionenstrahlen (Ga: Metall; Ga-FIB) aus einer flüssigen Metallionenquelle (LMIS), die derzeit häufig verwendet wird, der Fall ist.
- Ferner ist die Energiebreite der aus einer GFIS extrahierten Gasionen eng und bei einer GFIS ist die Größe der Ionenerzeugungsquelle gering, so dass eine GFIS im Vergleich zu Ga-FIB winzige Strahlen bilden kann.
- Derartige Gas-FIB-Vorrichtungen werden als Rasterionenmikroskope mit hoher Auflösung verwendet. Dabei wird ein Bild des Prüfkörpers durch Erfassen von Sekundärteilchen, die vom Prüfkörper emittiert werden, erfasst, wobei eine Synchronisation mit dem Abtasten des Prüfkörpers mit den Ionen vorgenommen wird.
- Das Patentdokument 3 beschreibt eine Muster-Inspektionsvorrichtung, die sich eines Ionenstrahls bedient, wobei der Ionenstrahl, der einem Konvergenz- und Abtastvorgang unterzogen worden ist, neutralisiert wird und den Prüfkörper bestrahlt. Die Neutralisation wird durch eine Elektronenemissionsquelle (Gitter und dergleichen, woran eine negative Spannung angelegt wird), die zur Kreuzung mit dem Ionenstrahl vorgesehen ist, durchgeführt.
- Das Patentdokument 4 beschreibt eine Oberflächen-Analysenvorrichtung, die sich eines Ionenstrahls bedient, wobei der Ionenstrahl zur Bestrahlung des Prüfkörpers einer Ladungsneutralisation unterzogen wird. Die Ladungsneutralisation erfolgt durch Austausch von Ladungen in einem Gas (und in einer Kapillare). Um dabei die Energie von Strahlen ungeladener Teilchen gleichmäßig zu machen und um Teilchen, die sich von den ungeladenen Teilchen unterscheiden, zu entfernen, werden ferner Maßnahmen zur Entfernung von mehrwertigen Ionen getroffen, und zwar in Form einer Vorbehandlung, sowie Maßnahmen zur Entfernung von geladenen Teilchen als Nachbehandlung.
- Das Patentdokument 5 beschreibt eine Analysenvorrichtung, die Ionenstrahlen von hoher Energie (MeV-Niveau) einsetzt, wobei aus einem Vakuum zugeführte Ionenstrahlen auf den Prüfkörper bei atmosphärischem Druck so einwirken, dass die Ionenstrahlen durch ein Ausgangsfenster (Drucktrennwand) übertragen werden. Die Drucktrennwand wird durch Anbringen eines dünnen Goldfilms an einem Gegenstand mit Metallnetzstruktur gebildet. Da der Gegenstand mit Netzstruktur teilweise die Druckdifferenz zwischen der Innenseite und der Außenseite der Drucktrennwand abfängt, kann der dünne Goldfilm, durch den die Ionenstrahlen übertragen werden, relativ dünn ausgestaltet sein. Dadurch wird die Analysengenauigkeit verbessert. Die Patentdokumente 6, 7 und 8 beschreiben ähnliche Techniken wie das Patentdokument 5. Dabei werden beispielsweise Verfahren zum Kühlen der Drucktrennwand, Verfahren zur Überwachung der Strahlenstärke und Verfahren zur Verstärkung der Drucktrennwand beschrieben.
- Das Patentdokument 9 beschreibt eine Filmanordnung, die Ionenstrahlen auf einem Ionenstrahlweg übertragen kann, um Verunreinigungen von niederer Energie, die bei einer Ionenimplantationsvorrichtung beispielsweise aus Innenwänden stammen, zu entfernen. Beim Film handelt es sich um einen Dünnfilm aus hochpolymerem Material. Ein Abbau wird verhindert, indem man den Film bei jedem festgelegten Service austauscht.
- Literatur
- Patentdokumente
-
- Patentdokument 1:
JP 07-192669 A - Patentdokument 2:
JP 2009-517846 A - Patentdokument 3:
JP 62-298708 A - Patentdokument 4:
JP 2008-185336 A - Patentdokument 5:
JP 08-240542 A - Patentdokument 6:
JP 09-033462 A - Patentdokument 7:
JP 2010-203805 A - Patentdokument 8:
JP 2011-095154 A - Patentdokument 9:
JP 2002-134060 A - Ein weiteres herkömmliches Rasterionenmikroskop ist in
US 2007/0138388 A1 WO 2002/045125 A1 - Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
- Aufgabe der Erfindung
- Wenn ein Prüfkörper, der einen Isolator enthält, mit einem Rasterionenmikroskop betrachtet wird, besteht ein Problem darin, dass das Bild des Prüfkörpers im Vergleich zur wirklichen Situation verzerrt wird, und zwar aufgrund der Tatsache, dass der Weg des Ionenstrahls lokal durch partielle Aufladung des Prüfkörpers gekrümmt wird. Dieses Problem kann durch Verringerung der Aufladung des Prüfkörpers nicht vollständig gelöst werden. Die beste Lösung besteht in der Neutralisation des Ionenstrahls selbst (d.h., in der Entfernung der elektrischen Ladung).
- Wie vorstehend ausgeführt, bedient sich das im Patentdokument 3 beschriebene Ionenstrahl-Neutralisationsverfahren einer Gitterstruktur, bei der eine negative Spannung angelegt wird, um den Flugweg des Ionenstrahls zu kreuzen.
- Gemäß Patentdokument 4 muss beispielsweise im letzten Stadium eine Einrichtung zur Entfernung von verbleibenden Ionen hinzugefügt werden. Eine derartige Einrichtung stellt ein großes Hindernis bei exakter Konvergenz von Ionenstrahlen dar.
- Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentdokumenten 6, 7 und 8 beschriebenen herkömmlichen Verfahren, bei denen Dünnfilme verwendet werden, keine Ausführungen darüber enthalten, ob der übertragene Strahl eine elektrische Ladung aufweist. Da jedoch die Energie von Ionen groß ist, beeinflusst das Vorliegen einer elektrischen Ladung die Messung nicht und es wird daher angenommen, dass das Neutralisationsverhältnis selbst nieder ist. Da ferner das im Patentdokument 9 beschriebene herkömmliche Verfahren unter Verwendung eines Dünnfilms sich nicht mit den Konvergenzeigenschaften des Strahls befasst, wurde auf das Vorliegen einer elektrischen Ladung oder von Sekundärelektronen im übertragenen Strahl nicht geachtet.
- Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehend beschriebenen Gegebenheiten gemacht. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Rasterionenmikroskop bereitzustellen, mit dem ein Prüfkörper genau betrachtet werden kann und eine Verzerrung des beobachteten Bilds selbst dann verhindert werden kann, wenn ein Prüfkörper, der einen Isolator enthält, partiell aufgeladen wird; ferner soll ein Sekundärteilchen-Steuerungsverfahren bereitgestellt werden.
- Lösung der Aufgabe
- Um das vorstehend genannte Ziel zu erreichen, wird für das erfindungsgemäße Rasterionenmikroskop eine Gasfeldionisations-Ionenquelle verwendet und ein Dünnfilm innerhalb eines ionenoptischen Systems angeordnet, das die Ionen zur Konvergenz bringt und sie auf den Prüfkörper, der mit den Ionen bestrahlt wird, lenkt. Dieser Dünnfilm wird von einem elektrisch leitenden Trägerelement getragen. Eine Einrichtung zur Steuerung des elektrischen Potentials des Trägerelements ist vorgesehen. Ferner sind eine Elektrode mit einer Öffnung zwischen dem Dünnfilm und dem Prüfkörper und eine Einrichtung zur Steuerung des elektrischen Potentials der Elektrode (zum Beispiel Stromquelle
83 ) vorgesehen. - Erfindungsgemäß wird die Tatsache ausgenutzt, dass der Großteil der Ionen, die auf den Dünnfilm auftreffen, nach Durchlaufen einer ersten Schicht auf der Oberfläche des Dünnfilms neutralisiert werden und als ungeladene Teilchen emittiert werden, wenn sie den Dünnfilm passiert haben. Ferner emittieren Ionen, die auf den Dünnfilm auftreffen, auch Sekundärelektronen. Es wird eine Einrichtung zur Steuerung der aus dem Dünnfilm emittierten Sekundärelektronen bereitgestellt, um in geeigneter Weise zu verhindern, dass ein Teil der Sekundärelektronen durch den Film hindurchgeht (zum Beispiel Stromquelle
84 ). - Wirkung der Erfindung
- Erfindungsgemäß ist es möglich, einen Prüfkörper genau zu betrachten und eine Verzerrung eines Betrachtungsbilds zu verhindern, selbst wenn der Isolatoren enthaltende Prüfkörper partiell geladen ist.
- Figurenliste
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-
1 zeigt eine Gesamtkonfiguration eines Rasterionenmikroskops gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
2 zeigt eine Konfiguration rund um einen Dünnfilm des Rasterionenmikroskops gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
3 zeigt eine Konfiguration rund um einen Dünnfilm eines Rasterionenmikroskops gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
4 zeigt eine Konfiguration rund um einen Dünnfilm eines Rasterionenmikroskops gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
5 zeigt eine Konfiguration rund um einen Dünnfilm eines Rasterionenmikroskops gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
6 zeigt eine Konfiguration rund um einen Dünnfilm eines Rasterionenmikroskops gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
7 zeigt eine Konfiguration rund um einen Dünnfilm eines Rasterionenmikroskops gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
8 zeigt eine Konfiguration rund um einen Dünnfilm eines Rasterionenmikroskops gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
9 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Situation bei der erfindungsgemäßen Neutralisation von Ionenstrahlen. - Ausführliche Beschreibung der Erfindung
- Nachstehend werden Ausführungsformen von Rasterionenmikroskopen gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
- Erste Ausführungsform
-
1 zeigt eine Gesamtkonfiguration eines Rasterionenmikroskops gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Das Rasterionenmikroskop200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist so konfiguriert, dass eine Gasfeldionisations-Ionenquelle (GFIS)100 unter Verwendung von Helium (He) in eine FIB-Vorrichtung (FIB = fokussierter Ionenstrahl), die für eine herkömmliche Gallium-Flüssigmetall-Ionenquelle (Ga-LMIS) hergestellt worden ist, an Stelle der Ga-LMIS eingebaut wird. - Gemäß
1 ist ein Rasterionenmikroskop200 so aufgebaut, dass ein von einer GFIS100 emittierter Helium (He)-Ionenstrahl5 in ein ionenoptisches System300 (ionenoptisches Seriensystem) gelangt, wobei die Ionenstrahlen5 durch das ionenoptische System300 zur Konvergenz gebracht werden. Somit wird ein Prüfkörper6 , der sich auf einer Prüfkörperstation101 befindet, mit dem Ionenstrahl5 bestrahlt. Die Ionen-Beschleunigungsspannung beträgt 30 kV. - Die GFIS (
100 ) umfasst Folgendes: eine Emitter-Spitze1 ; eine Extraktionselektrode2 ; und einen Gasentladungsauslass3 einer Gaszufuhrleitung, die Gas für die Ionisation dem Scheitelpunkt der Emitter-Spitze zuführt. Die Emitter-Spitze1 ionisiert Gas, das aus dem Gasentladungsauslass3 zugeführt wird und sich am Scheitelpunkt der Spitze befindet, mit hoher Spannung (die Emitter-Spitze1 ist positiv und die Extraktionselektrode2 ist negativ), die von der Extraktions-Spannungsanlegeeinheit4 zwischen der Emitter-Spitze1 und der Extraktionselektrode2 angelegt wird. Die Extraktionselektrode2 extrahiert durch die Emitter-Spitze1 erzeugte Ionen und emittiert die Ionen in Form eines Ionenstrahls5 zum ionenoptischen System300 . - Das ionenoptische System
300 umfasst Folgendes: ein Linsensystem102 (Linsenseriensystem), das elektrostatische Linsen102a ,102b , eine strahlenbegrenzende Apertur102c und einen Aligner102d enthält; und ein Ablenksystem103 (Ablenkseriensystem), das Ablenkvorrichtungen103a ,103b umfasst. Der Ionenstrahl5 , der in das ionenoptische System300 gelangt ist, wird durch die elektrostatischen Linsen (102a ,102b) im ionenoptischen System300 zur Konvergenz gebracht und zum Prüfkörper6 geführt. Dabei wird die Position, an der der Ionenstrahl5 auf den Prüfkörper6 auftrifft, durch Ablenken des Ionenstrahls5 mit den Ablenkvorrichtungen103a ,103b eingestellt. - Dabei wird das Linsensystem
102 , das die elektrostatischen Linsen102a ,102b , die strahlenbegrenzende Apertur102c und den Aligner102d umfasst, durch eine Linsensystem-Steuerungsvorrichtung105 gesteuert, indem sie den Antrieb der entsprechenden Antriebsvorrichtungen 102aD-102dD steuert. Ferner steuert die Linsensystem-Steuerungsvorrichtung105 auch den vom ionenoptischen System300 emittierten Ionenstrahl5 , indem sie die Ansteuerung der Extraktions-Spannungsanlegeeinheit4 steuert. Das Ablenksystem103 , das die Ablenkvorrichtungen103a ,103b enthält, wird durch Antrieb der entsprechenden Antriebsvorrichtungen103aD ,103bD durch die Ablenksystem-Steuerungsvorrichtung106 gesteuert. - Eine Ionensteuerungsvorrichtung
120 zur Steuerung des ionenoptischen Systems300 ist aus der Linsensystem-Steuerungsvorrichtung105 und der Ablenksystem-Steuerungsvorrichtung106 zusammen mit einer Mehrzahl von Antriebsvorrichtungen aufgebaut. - Sekundärelektronen
7 , die aufgrund der vorstehend beschriebenen Bestrahlung mit dem Ionenstrahl5 aus dem Prüfkörper6 erzeugt worden sind, werden durch einen Sekundärteilchendetektor104 erfasst und durch eine A/D-Signalumwandlungseinheit104D in digitale Signale umgewandelt. Anschließend erzeugt die Bildverarbeitungseinheit110 ein Sekundärelektronen-Betrachtungsbild (Bild), in dem die Signalintensität des digitalen Signals mit der Ablenkintensität zusammenhängt. Das Bild wird an der Bildschirmeinheit110b dargestellt. Ein von der Bildverarbeitungseinheit110 erzeugtes Bild wird in einer Speichereinheit110a (Bildspeicher) gespeichert. Das auf diese Weise gespeicherte Bild wird für Bildbearbeitungen und die Bildanzeige verwendet. Der Anwender kann die Position, auf die der Ionenstrahl5 aufgebracht wird, an der Bildschirmeinheit110b angeben, während er das an der Bildschirmeinheit110b angezeigte Sekundärelektronen-Betrachtungsbild ansieht. - In
1 ist ein Vorgang zur Steuerung der Gesamtheit der Linsensystem-Steuervorrichtung105 , der Ablenksystem-Steuervorrichtung106 und der Bildverarbeitungseinheit110 weggelassen. - Ein erstes Merkmal der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, dass zusätzlich zur grundlegenden Konfiguration des Rasterionenmikroskops ein Dünnfilm
80 zwischen dem ionenoptischen System300 und dem Prüfkörper6 angeordnet ist, um die Ladung des Ionenstrahls5 zu neutralisieren und den Ionenstrahl5 in einen ungeladenen Teilchenstrahl50 zur Bestrahlung des Prüfkörpers umzuwandeln. - Somit werden bei der vorliegenden Ausführungsform die Eigenschaften eines Mikroskops aufrechterhalten, da der Dünnfilm
80 als Neutralisationseinrichtung für den Ionenstrahl5 dient und die Bewegungsrichtung von Ionen im Ionenstrahl5 , die im ionenoptischen System300 konvergieren und den Abtastvorgang vornehmen, überhaupt nicht verändert wird. Das Sekundärelektronenbild des Prüfkörpers6 ist im Vergleich zu dem Fall, bei dem kein Dünnfilm80 vorliegt, im Wesentlichen unverändert. Da jedoch die kinetische Energie der Ionen geringfügig abnimmt, ist die Helligkeit des Sekundärelektronenbilds geringfügig verringert. Da ferner eine geringe Menge einer Komponente, die sich in der Bewegungsrichtung infolge einer Streuung im Dünnfilm80 verändert hat, zugemischt worden ist, entsteht im Sekundärelektronenbild ein geringer Grad an Hintergrundrauschen. - Es ist darauf hinzuweisen, dass aufgrund der Tatsache, dass herkömmliche Neutralisationseinrichtungen für einen Ionenstrahl, zum Beispiel Verfahren, die sich eines Ladungsaustausches in Gas oder einer Kapillarpenetration bedienen, nicht nur ein niedriges Neutralisationsverhältnis aufweisen, sondern auch die Bewegungsrichtung der Ionenstrahlen einer Ausbreitung unterliegt, da eine starke Streuung auftritt, derartige Einrichtungen nicht für das erfindungsgemäße Mikroskop verwendet werden können.
- Damit der Dünnfilm
80 als Neutralisationseinrichtung für einen Ionenstrahl dienen kann, ist es erforderlich, dass die folgenden beiden Bedingungen eingehalten werden. Eine erste Bedingung besteht darin, dass eine Beschleunigungsspannung des Ionenstrahls5 (die die kinetische Energie beim Eintritt in den Dünnfilm80 wiedergibt) im niederen bis mittleren Geschwindigkeitsbereich liegen soll, d.h. von einigen kV bis etwa 100 kV. - Wenn ein Ion, das der Beschleunigungsspannung im Bereich von einer niedrigen bis mittleren Geschwindigkeit ausgesetzt ist, in einen Feststoff eintritt, ist die Geschwindigkeit des eintretenden Ions in überaus starkem Maß geringer als die Geschwindigkeit eines elektrisch leitenden Elektrons in einem Feststoff. Demzufolge wird ein durch das Ion erzeugtes elektrisches Feld sofort durch elektrisch leitende Elektronen abgeschirmt. Dies bedeutet, dass das Ion neutralisiert wird. Dies wurde auch experimentell bestätigt, indem man Ionen prüfte, die an einer Oberfläche eines Feststoffes gestreut werden. Das in einer ersten Atomschicht einer Oberfläche eines Feststoffes gestreute Ion tritt in fast unveränderter Weise als Ion aus. Das in einer zweiten Atomschicht einer Oberfläche eines Feststoffes gestreute Ion tritt in einem fast neutralisierten Zustand aus. Es ist darauf hinzuweisen, dass es möglich ist, entsprechend den Energieverlusten eine Unterscheidung zu treffen, aus welcher Tiefe und durch welches Atom die reflektierten Ionen und ungeladenen Teilchen gestreut werden, und zwar durch Unterscheidung der Energie der reflektierten Ionen und ungeladenen Teilchen zum Beispiel mit einem Halbleiterdetektor. Ferner kann die Messung durchgeführt werden, indem man mit einem elektrischen Feld nur Ionen entfernt.
-
9 ist eine Darstellung der Situation bei der erfindungsgemäßen Neutralisation eines Ionenstrahls. Diese Situation bei der Neutralisation eines Ionenstrahls wird nachstehend unter Bezugnahme auf9 beschrieben. In dieser Darstellung bedeutet „+“ ein Ion, „N“ ein ungeladenes Teilchen und „-“ ein Elektron. Ein Teil der Ionen im Ionenstrahl5 , der in den Film80 gelangt, wird an der Oberfläche gestreut. Ein in der ersten Atomschicht an der Oberfläche gestreutes Ion wird als Ion5b emittiert. Ein in der zweiten Atomschicht in der Oberfläche gestreutes Ion wird als ungeladenes Teilchen50b emittiert. Wenn ein Ion in einer Position, die tiefer als die zweite Atomschicht liegt, gestreut wird, gelangt dieses Ion kaum aus dem Dünnfilm80 heraus, vielmehr durchläuft ein Teil dieser Ionen den Dünnfilm80 in Form von ungeladenen Teilchen50c . Der Großteil der Ionen im Ionenstrahl5 durchläuft den Dünnfilm80 in Form eines ungeladenen Teilchenstroms50 ohne Veränderung der Richtung. Angeregte Sekundärelektronen werden emittiert von der Oberfläche, in die der Ionenstrahl5 eintritt, und von der Oberfläche, aus der der ungeladene Teilchenstrom50 emittiert wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass die gestreuten Ionen, die ungeladenen Teilchen und die Sekundärelektronen in einer breiten Winkelstreuung emittiert werden. Ferner findet in seltenen Fällen eine erneute Ionisierung statt, wenn der ungeladene Teilchenstrahl50 emittiert wird. Dies ist jedoch nicht dargestellt, da die Wahrscheinlichkeit hierfür sehr gering ist. - Es ist darauf hinzuweisen, dass ein Ionenstrahl mit einer Beschleunigungsspannung im MV-Bereich, zum Beispiel den bei RBS oder PIXE verwendeten Spannungen, einen Dünnfilm in Form von Ionen ohne eine Veränderung durchläuft, wobei fast keine Wechselwirkungen hervorgerufen werden, wenn der Strahl in den Film eintritt. Ein derartiger Ionenstrahl kann für die vorliegende Erfindung nicht herangezogen werden.
- Eine weitere Bedingung besteht darin, dass die Dicke des Dünnfilms
80 im Vergleich zur Flugweite („Reichweite“) des Ionenstrahls5 ausreichend dünn sein soll. - In der Nähe der „Reichweite“ nimmt die Wahrscheinlichkeit zu, dass ein in einen Feststoff eingetretenes Ion einer Streuung unterliegt, und die Richtung der Ionen wird rasch ausgeweitet. Das Ion kommt in der Nähe der „Reichweite“ zum Stillstand. Bei einem Abstand, der in ausreichendem Maße kürzer als die Reichweite ist, verliert das Ion infolge einer unelastischen Streuung (abhängig vom Abstand von der Aufprallstelle) geringfügig an kinetischer Energie, wobei aber die Bewegungsrichtung nicht verändert wird. Jedoch verändern in seltenen Fällen einige Ionen die Bewegungsrichtung infolge einer elastischen Streuung. Diese „Reichweite“ variiert in Abhängigkeit von der Art des Ions (abhängig von seiner Masse), der kinetischen Energie des Ions und der Art des Feststoffes (abhängig von seinen elementaren Bestandteilen und seiner Dichte), so dass es schwierig ist, die vorgenannte Bedingung mit einem kurzen Ausdruck unter Verwendung feststellbarer Werte wiederzugeben.
- Was andere Ausdrucksweisen betrifft, so kommt es in Betracht, dass es hinreichend ist, die Dicke des Dünnfilms
80 mit einem Transmissionsfaktor des Ionenstrahls5 anzugeben. Grundsätzlich wird die Dicke des Dünnfilms80 so eingestellt, dass 50% oder mehr der Ionen im Ionenstrahl5 den Dünnfilm80 passieren. Diese Bedingung stellt eine praxisgerechte Grenze dar. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, entstehen zahlreiche Strahlen, die ihre Richtung als Folge der Streuung im Dünnfilm verändert haben, was beispielsweise im Sekundärelektronenbild ein starkes Hintergrundrauschen verursacht. Vorzugsweise ist es möglich, ein Bild eines Prüfkörpers zu erhalten, bei dem das Hintergrundrauschen verringert ist, indem man die Dicke des Dünnfilms80 so einstellt, dass 90% oder mehr der Ionen im Ionenstrahl5 den Dünnfilm80 passieren. Es ist darauf hinzuweisen, dass das Neutralisationsverhältnis sich verringert, wenn die Dicke des Dünnfilms80 kleiner als 2 Atomschichten ist. Ein derartiger Fall eignet sich für die vorliegende Erfindung nicht. - In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei der Ionenspezies des Ionenstrahls
5 um ein einwertiges Heliumion. Grundsätzlich können beliebige Ionenspezies verwendet werden, sofern die Beziehung zwischen der Energie des Ionenstrahls und der Dicke des Dünnfilms die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt (d.h. ein mehrwertiges Ion oder eine schwerere Ionenspezies sind geeignet). Daher können Ionenquellen, wie eine Plasma-Ionenquelle, eine Flüssigmetall-Ionenquelle und eine Ionenflüssigkeits-Ionenquelle als Ionenquelle an Stelle einer Gasfeldionisations-Ionenquelle verwendet werden. - Der Grund, warum ein Heliumion in der vorliegenden Ausführungsform gewählt wird, besteht darin, dass aufgrund der Tatsache, dass es im Normalzustand als Gas vorliegt, die Ionen aus dem Dünnfilm in Form eines Gases austreten, wenn ein geringer Teil der Ionen innerhalb des Dünnfilms verbleibt. Somit ist es unwahrscheinlich, dass der Dünnfilm beschädigt wird. Wenn die Ionen nicht gasförmig sind, ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass die Ionen im Dünnfilm verbleiben und sich dort anreichern, wodurch die Eigenschaften des Dünnfilms verändert werden. Unter diesem Gesichtspunkt können auch Neonionen und Argonionen, bei denen es sich um Gase handelt, verwendet werden. Ein weiterer Grund für die Auswahl von Heliumionen besteht darin, dass ihr Transmissionsvermögen für die derzeit verfügbaren Dünnfilme hoch ist. Unter diesem Gesichtspunkt können auch Wasserstoffionen, die eine geringere Masse aufweisen, verwendet werden. Bei einem schwereren Ion wird die Wahrscheinlichkeit größer, dass die Dünnfilme durch Sputtering beschädigt werden.
- Der Grund für die Wahl einer Gasfeldionisations-Ionenquelle als Ionenquelle in der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, dass aufgrund der Tatsache, dass die Ionenquelle eine hochgradige Helligkeit erzeugt und die Größe der Quelle gering ist, die Erzeugung eines winzigen Ionenstrahls auf dem Prüfkörper und die Bereitstellung eines Mikroskops mit hoher Auflösung erleichtert wird. Da ferner der elektrische Strom der emittierten Ionen höchstens nur einige nA beträgt und Ionen bei der Neutralisation gasförmig werden, ist es möglich, verschiedenartige Schädigungen des Dünnfilms
80 auf einem niederen Niveau zu halten. - Ein zweites Merkmal der vorliegenden Ausführungsform besteht in der Anordnung einer Elektrode
82 zwischen dem Dünnfilm80 und dem Prüfkörper. Durch entsprechende Handhabung der als Folge der Verwendung des Dünnfilms80 erzeugten Sekundärelektronen ist es möglich, das Entstehen von Rauschen im Sekundärelektronen-Betrachtungsbild des Prüfkörpers zu vermeiden. Wenn jedoch keine derartige Konfiguration vorliegt und die Sekundärelektronen im Bild vermischt werden, spiegelt sich ein im Wesentlichen gleichmäßiges Hintergrundrauschen auf dem Sekundärelektronenbild wieder. Daher kann eine Beobachtung des Kontrasts, der vom Prüfkörper abhängt, in ausreichendem Maße vorgenommen werden, indem man eine geeignete Vorspannung anlegt. - Ein drittes Merkmal der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, dass die Vorder- und die Rückseite des Dünnfilms
80 unter Vakuum gehalten werden. Demzufolge ist es möglich, für den Dünnfilm80 eine geringere Dicke vorzusehen, da es nicht erforderlich ist, atmosphärische Druckdifferenzen auszuhalten. Daher ist es einfacher, den Transmissionsfaktor des Ionenstrahls5 zu erhöhen. Selbst wenn jedoch Gas mit atmosphärischem Druck oder einem niedrigeren Druck auf der Prüfkörperseite des Dünnfilms80 vorliegt, ändert sich das Wesen der vorliegenden Erfindung nicht (vorstehend beschriebenes erstes Merkmal). - Dabei handelt es sich beim Dünnfilm
80 um einen Siliciumnitrid-Dünnfilm, der auf einem Siliciumsubstrat gebildet ist. Das Siliciumsubstrat ist in Gestalt eines Fensters geätzt und ein einzelner Siliciumnitrid-Dünnfilm wird auf den Fensterbereich gelegt. Es handelt sich um einen handelsüblichen Dünnfilm, von denen Prüfkörper in Transmissionselektronenmikroskopen gehalten werden. Die Dicke des Siliciumnitrid-Dünnfilms beträgt 10 nm und das Fenster hat die Form eines Quadrats mit einer Kantenlänge von 50 pm. Der Dünnfilm80 ruht auf einem Trägerkörper81 mit rostfreier Beschaffenheit. Sein elektrisches Potential wird durch die Stromquelle83 gesteuert. Üblicherweise handelt es sich bei Siliciumnitrid-Dünnfilmen um Isolatoren, wobei eine elektrische Aufladung Schwierigkeiten bereiten kann. Jedoch ergeben sich auf den Siliciumnitrid-Dünnfilmen keine starken elektrischen Aufladungen, da im Innern Elektronenlochpaare als Folge der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl5 entstehen und somit die Siliciumnitrid-Dünnfilme elektrisch leitend werden. Dabei bewirkt die Erweiterung des Bestrahlungsbereiches mit dem Ionenstrahl5 auf der Außenseite des Fensters eine Verringerung der durch Widerstandswirkung verursachten elektrischen Potentialdifferenz. Eine derartige Erweiterung kann bei der Ausblendung des Ionenstrahls5 vorgenommen werden. - Das elektrische Potential des Dünnfilms
80 wird durch die Stromquelle83 zum Massepotential, das gleich ist wie beim Prüfkörper6 . Wenn der Dünnfilm80 mit dem Ionenstrahl5 mit einer Beschleunigungsspannung von 30 kV bestrahlt wird, wird der Strahl, der den Film80 durchlaufen hat, zu einem ungeladenen Teilchenstrahl50 neutralisiert. Der ungeladene Teilchenstrahl50 wird im Dünnfilm80 kaum gestreut und wirkt somit auf die gleiche Position am Prüfkörper6 ein, auf dem der ursprüngliche Ionenstrahl5 zur Konvergenz gebracht und abgelenkt wird. Wenn daher vom Rasterionenmikroskop200 der Vorgang zur Aufnahme eines Sekundärelektronen-Betrachtungsbilds des Prüfkörpers6 ausgeführt wird, ist es möglich, ein Bild an der gleichen Stelle aufzunehmen. Verglichen mit einem Fall, bei dem kein Dünnfilm80 vorliegt, verringert sich die Bildungsmenge der Sekundärelektronen7 geringfügig. Ferner wird das Sekundärelektronen-Betrachtungsbild nicht verzerrt, wenn es sich beim Prüfkörper6 um einen Isolator handelt, da der Ionenstrahl5 durch die elektrische Aufladung des Prüfkörpers6 gekrümmt wird. - Da der Ionenstrahl
5 nicht auf dem Dünnfilm80 konvergiert, ist die Schädigung des Dünnfilms80 durch den Ionenstrahl5 wesentlich geringer als die Schädigung des Prüfkörpers6 . Ferner kann in der vorliegenden Ausführungsform der Dünnfilm80 mit dem Mechanismus800 zur geringfügigen Bewegung des Dünnfilms (Dünnfilm-Bewegungseinrichtung) geringfügig bewegt werden (vergleiche1 ). Dadurch kann der Abbau verzögert werden, indem man den gesamten Bereich des Dünnfilms80 gleichmäßig einsetzt. - Ferner kann der Mechanismus
800 zur geringfügigen Bewegung des Dünnfilms den Dünnfilm80 aus der ionenoptischen Achse des ionenoptischen Systems300 entfernen. Dadurch lassen sich stärkere Sekundärelektronensignale erhalten, wenn der Prüfkörper6 elektrisch leitend ist. -
2 zeigt eine Konfiguration in der Nähe eines Dünnfilms des Rasterionenmikroskops gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Peripherie des Dünnfilms80 wird unter Bezugnahme auf2 ausführlich beschrieben. Wenn der Dünnfilm80 mit dem Ionenstrahl5 bestrahlt wird, durchlaufen Sekundärelektronen70 die Prüfkörperseite6 des Dünnfilms80 zusätzlich zum ungeladenen Teilchenstrahl50 . Wenn die Sekundärelektronen70 mit den am Prüfkörper6 erzeugten Sekundärelektronen7 vermischt und mit dem Sekundärteilchendetektor104 erfasst werden (vergleiche1 ), wird das Rauschen im Sekundärelektronen-Betrachtungsbild des Prüfkörpers6 gemischt. Demzufolge wird bei der vorliegenden Ausführungsform das elektrische Potential der Elektrode82 , die eine Öffnung in der Mitte aufweist, durch die Stromquelle84 in geeigneter Weise eingestellt. Dies bedeutet, dass das Sekundärelektron70 zum Dünnfilm80 zurückgeschickt wird, indem man das elektrische Potential der Elektrode82 auf einige -10 V in Bezug auf das elektrische Potential des Trägerkörpers81 (in diesem Fall das Massepotential) einstellt. Dadurch lässt sich das Rauschen im Sekundärelektronen-Betrachtungsbild des Prüfkörpers6 beseitigen. Es ist darauf hinzuweisen, dass unabhängig davon, wie das elektrische Potential der Elektrode82 eingestellt wird, der Weg des ungeladenen Teilchenstrahls50 nicht beeinflusst wird. - Nachstehend wird ein Verfahren zur Verbesserung des Konvergenzverhaltens des ungeladenen Teilchenstrahls
50 durch Einstellen des elektrischen Potentials des Dünnfilms80 beschrieben. Bei den vorstehenden Ausführungen beträgt die Beschleunigungsspannung des Ionenstrahls5 30 kV und das elektrische Potential des Dünnfilms80 (d.h. elektrisches Potential des Trägerkörpers81 ) ist ein Massepotential, das gleich ist wie beim Prüfkörper6 . Das Konvergenzverhalten des ungeladenen Teilchenstrahls50 ist in diesem Fall im Wesentlichen gleich wie das Konvergenzverhalten des Ionenstrahls5 . - Wenn das elektrische Potential des Dünnfilms
80 durch die Stromquelle83 auf ein hohes positives Potential, zum Beispiel 10 kV, und die Beschleunigungsspannung des Ionenstrahls5 auf 40 kV (was einen höheren Wert entsprechend dem hohen positiven Potential darstellt) eingestellt werden, ist es möglich, das Konvergenzverhalten des ungeladenen Teilchenstrahls50 zu verbessern. Durch Erhöhung der Beschleunigungsspannung des Ionenstrahls5 bei dieser Einstellung wird die Aberration des ionenoptischen Systems300 geringer, wobei die Konvergenz des Ionenstrahls5 verbessert wird. Der Ionenstrahl5 wird unmittelbar vor dem Prüfkörper6 verlangsamt, da er durch den Dünnfilm80 beeinflusst wird. Der Grund hierfür ist, dass der Linseneffekt in diesem Teil gering ist und sich somit auch eine geringe Aberration ergibt. - Die Beschleunigungsspannung (Beschleunigungsenergie) des ungeladenen Teilchenstrahls ist die Einfallsenergie des Ionenstrahls
5 auf den Dünnfilm80 ([Beschleunigungsspannung des Ionenstrahls5 ] - [elektrisches Potential des Dünnfilms80 ]) und beträgt 30 kV. Dies ist der gleiche Betrag wie beim vorstehend beschriebenen Fall. Demzufolge ist es mit einer derartigen Einstellung möglich, das Konvergenzverhalten des ungeladenen Teilchenstrahls50 zu verbessern, indem man die Einfallsenergie des ungeladenen Teilchenstrahls50 auf den Prüfkörper6 gleich hoch einstellt. Somit ist es möglich, die Öffnung im Vergleich zu einem gleichen, elektrisch geladenen Strahl zu verringern. - Zweite Ausführungsform
-
3 zeigt eine Konfiguration in der Nähe eines Dünnfilms des Rasterionenmikroskops gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Rasterionenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform ist grundlegend das gleiche wie in1 , unterscheidet sich jedoch darin, dass zusätzliche Elemente in der Nähe des Dünnfilms80 vorhanden sind.3 zeigt einen peripheren Bereich des Dünnfilms80 . - Wenn der Dünnfilm
80 mit dem Ionenstrahl5 bestrahlt wird, wird eine geringe Menge an Reflexionsteilchen und sekundären Elektronen71 zum ionenoptischen System300 hin emittiert. Wenn sie in eine elektrostatische Linse oder eine Ablenkvorrichtung im ionenoptischen System300 gelangen, kann der Betrieb des ionenoptischen Systems300 instabil werden, was auf die Induktion einer unnötigen Aufladung auf dem Isolatorbereich zurückzuführen ist. Demzufolge wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Abschirmkörper85 mit einer Öffnung oberhalb des Dünnfilms80 angeordnet, um die Reflexionsteilchen und Sekundärelektronen71 zu blockieren. Obgleich ein Teil der Teilchen in das ionenoptische System300 gelangt, gelangen sie zumindest nicht direkt in Isolatoren. - Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Stromdetektor
86 mit dem Abschirmkörper85 verbunden. Somit ist es möglich, den elektrischen Strom der durch den Ionenstrahl5 erzeugten Sekundärelektronen zu überwachen. Wenn der Betrag des in den Abschirmkörper fließenden Stroms stark abnimmt, obgleich eine Bestrahlung mit dem Ionenstrahl5 vorliegt, können Abnormalitäten auftreten, wie es der Fall ist, wenn der Dünnfilm80 gerissen ist. Im Rasterionenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform ist das System so konfiguriert, dass zumindest der Benutzer bei Feststellung von Abnormalitäten des Dünnfilms80 durch Überwachung des elektrischen Stroms aufmerksam gemacht wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass Abnormalitäten, zum Beispiel bei Rissen im Dünnfilm80 , ebenfalls durch Überwachung des elektrischen Stroms, der in dem Dünnfilm80 fließt, nachgewiesen werden können. Vorzugsweise erfasst die Stromquelle83 (Einrichtung zur Steuerung eines ersten elektrischen Potentials) Abnormalitäten des Dünnfilms80 , wenn der elektrische Strom, der in den Dünnfilm80 fließt, einen vorbestimmten Wert erreicht oder diesen übersteigt, indem man diesen elektrischen Strom überwacht. - Dritte Ausführungsform
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4 zeigt eine Konfiguration in der Nähe eines Dünnfilms des Rasterionenmikroskops gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Rasterionenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform ist grundlegend das gleiche wie in1 , unterscheidet sich jedoch darin, dass zusätzliche Elemente in der Nähe des Dünnfilms80 vorliegen.4 zeigt einen peripheren Bereich des Dünnfilms80 . Ein spezielles Merkmal besteht darin, dass eine mehrere Moleküle dicke Schicht einer ionischen Flüssigkeit80a auf dem Siliciumnitrid-Dünnfilm80 , der ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist, verteilt ist. Dabei wird für die ionische Flüssigkeit80a C10H15F6N3O4S2 (C10H15F6N3O4S2) (CAS Nr. 174899-83-3) verwendet. - Da in der vorliegenden Ausführungsform der Dünnfilm
80 als Folge des Vorliegens der ionischen Flüssigkeit80a in wirksamer Weise elektrisch leitend wird, entfallen Einschränkungen bei der Auswahl des Materials für den Dünnfilm80 selbst. Dies bedeutet, dass der Dünnfilm80 einen perfekten Isolator darstellen kann. Da die Beschleunigungsspannung des Ionenstrahls5 gering ist, erweist sie sich auch dann als wirksam, wenn der Effekt der Entstehung von elektrischer Leitfähigkeit als Folge der Bestrahlung gering ist. - Ferner wird bei der vorliegenden Ausführungsform nur die ionische Flüssigkeit
80a durch den Ionenstrahl5 geschädigt und unterliegt als Folge des Fließverhaltens einer Selbstreparatur. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Verlängerung der Lebensdauer des Dünnfilms80 . Es ist darauf hinzuweisen, dass die hier angegebene ionische Flüssigkeit80a sich als günstig erweist, sofern es sich um eine elektrisch leitende Flüssigkeit handelt. Die Flüssigkeit ist nicht auf die vorstehend beschriebene Zusammensetzung beschränkt. - Vierte Ausführungsform
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5 zeigt eine Konfiguration in der Nähe eines Dünnfilms des Rasterionenmikroskops gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Rasterionenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform ist grundlegend das gleiche wie in1 , unterscheidet sich aber in der Konfiguration des Dünnfilms80 .5 zeigt einen peripheren Bereich des Dünnfilms80 . In der vorliegenden Ausführungsform ist die ionische Flüssigkeit80a in einem Netzstrukturgegenstand80b (Maschenstrukturgegenstand) aus Kohlenstoff (Dicke mehrere nm und durchschnittliche Größe der Öffnungen mehrere µm) imprägniert, wodurch der Dünnfilm80 gebildet wird. Die ionische Flüssigkeit80a ist die gleiche wie bei der dritten Ausführungsform. - Vom Ionenstrahl
5 aus lässt sich der Dünnfilm80 als eine dünne Schicht einer ionischen Flüssigkeit ansehen. Der Grund hierfür ist, dass nur wenige Ionen einer Steuerung am Kohlenstoff unterliegen. Daher ist der Dünnfilm80 elektrisch leitend und weist als Folge des Vorliegens der ionischen Flüssigkeit80a Selbstreparatureigenschaften auf. Die vorliegende Ausführungsform hat auch die vorteilhafte Wirkung, dass die Lebensdauer des Dünnfilms80 verlängert wird. - Fünfte Ausführungsform
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6 zeigt eine Konfiguration in der Nähe eines Dünnfilms des Rasterionenmikroskops gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Rasterionenmikroskop in der vorliegenden Ausführungsform ist grundlegend das gleiche wie in1 , unterscheidet sich aber in der Konfiguration des Dünnfilms80 .6 zeigt einen peripheren Bereich des Dünnfilms80 . In der vorliegenden Ausführungsform wird ein kristalliner Körper80c als Dünnfilm80 verwendet. Speziell wird der Dünnfilm80 durch partielles Verringern der Dicke eines Einkristall-Siliciumsubstrats durch Ätzen gebildet. Ferner ist ein Dünnfilm-Neigungsmechanismus801 vorgesehen, um eine Veränderung des Einfallswinkels des Ionenstrahls5 auf den Dünnfilm80 zu ermöglichen. - Dabei tritt ein Kanalbildungsphänomen bei der Transmission des Ionenstrahls durch einen kristallinen Körper auf. Beim Kanalbildungsphänomen handelt es sich um eine Erscheinung, dass das Transmissionsvermögen eines Ionenstrahls, der in einer spezifischen Kristallrichtung eintritt, hoch ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Einstellung so vorgenommen, dass das Transmissionsvermögen des Ionenstrahls
5 möglichst hoch ist, indem man den kristallinen Körper80c in geeigneter Weise durch den Dünnfilm-Neigungsmechanismus801 neigt. Dabei ist es möglich, zu verhindern, dass übermäßig gestreute Teilchen oberhalb des Dünnfilms80 auftreten. Es ist darauf hinzuweisen, dass dann, wenn der Dünnfilm80 aus Mikrokristallen besteht, eine ähnliche Wirkung unter Kanalbildung erzielt werden kann, wenn die Richtungen der Mikrokristalle ausgerichtet sind. - Sechste Ausführungsform
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7 zeigt eine Konfiguration in der Nähe eines Dünnfilms des Rasterionenmikroskops gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Rasterionenmikroskop in der vorliegenden Ausführungsform ist grundlegend das gleiche wie in1 , unterscheidet sich jedoch in Bereichen in der Nähe des Dünnfilms80 . Die Bereiche in der Nähe des Dünnfilms80 sind in7 dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Elektrode82 durch eine Maschenstrukturelektrode82a ersetzt. Sowohl die Elektrode82 als auch die Maschenstrukturelektrode82a haben als Merkmal gemeinsam, dass eine Öffnung im Mittelbereich der Transmission des ungeladenen Teilchenstrahls50 vorgesehen ist. Das elektrische Potential des Dünnfilms80 wird durch die Stromquelle83 auf -100 V in Bezug auf den Prüfkörper6 eingestellt. Ferner wird das elektrische Potential der Maschenstrukturelektrode82a durch die Stromquelle84 auf ein Massepotential eingestellt, das das gleiche ist wie beim Prüfkörper6 . Durch diese Einstellung des elektrischen Potentials wird das am Dünnfilm80 erzeugte Sekundärelektron70 mit 100 V zur Bestrahlung des Prüfkörpers6 beschleunigt. Durch Bestrahlen des Prüfkörpers6 mit den Sekundärelektronen70 ist es möglich, die Aufladung auf der Oberfläche zu neutralisieren, wenn es sich beim Prüfkörper6 um einen Isolator handelt. - Es ist darauf hinzuweisen, dass Energie und Richtung derartiger Sekundärelektronen
70 und der Sekundärelektronen7 , die am Prüfkörper6 in einem vom Prüfkörper6 und der Maschenstrukturelektrode82a umgebenen Äquipotentialraum erzeugt werden, völlig unterschiedlich sind. Aus diesem Grund ist es einfach, nur das Sekundärelektron7 selektiv mit einem elektrischen Feld, das am Ende des Sekundärteilchendetektors104 erzeugt wird, zu erfassen, und somit ist es möglich, sowohl die Neutralisation der Aufladung als auch die Erzeugung des Prüfkörperbilds zu erreichen. Selbstverständlich ist es auch möglich, intermittierend eine Bestrahlung des Prüfkörpers6 mit dem Sekundärelektron70 vorzunehmen, indem man die Maschenelektrode82a steuert. Auch wenn das elektrische Potential der Maschenstrukturelektrode82a gesteuert wird, ergibt sich kein Einfluss auf den Weg des ungeladenen Teilchenstrahls50 . Selbst wenn es sich ferner bei der Elektrode82 nicht um eine Maschenstrukturelektrode handelt, ist es möglich, die gleiche Wirkung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, zu erzielen. Jedoch ist in diesem Fall die Strahlungsmenge des Sekundärelektrons70 auf den Prüfkörper6 geringfügig vermindert. - Es ist darauf hinzuweisen, dass das elektrische Potential des Dünnfilms
80 in der vorliegenden Ausführungsform zwar negativ ist, dies aber kein Problem darstellt, sofern das elektrische Potential im Vergleich zum elektrischen Potential des Prüfkörpers6 relativ negativ ist. Beispielsweise ist es möglich, eine ähnliche vorteilhafte Wirkung zu erzielen, wenn der Dünnfilm80 ein Massepotential aufweist und der Prüfkörper ein positives elektrisches Potential aufweist. In diesem Fall ergibt sich ein Vorteil insofern, als die Beschleunigungsenergie des Ionenstrahls5 , d.h. die Beschleunigungsenergie des ungeladenen Teilchenstrahls50 , konstant gehalten werden kann. - Somit ist es bevorzugt, Sekundärelektronen, die vom Dünnfilm
80 emittiert werden, mit einigen 10 V bis einigen 100 V zu beschleunigen und sie in den Prüfkörper6 zu injizieren, indem man ein erstes elektrisches Potential, bei dem es sich um ein elektrisches Potential des Trägerkörpers81 in Bezug zum elektrischen Potential des Prüfkörpers6 handelt, relativ negativ hält und ein zweites elektrisches Potential, bei dem es sich um ein elektrisches Potential der Elektrode82 in Bezug zum ersten elektrischen Potential handelt, relativ positiv hält. - Siebte Ausführungsform
-
8 zeigt eine Konfiguration in der Nähe eines Dünnfilms des Rasterionenmikroskops gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Rasterionenmikroskop der vorliegenden Erfindung ist grundlegend das gleiche wie in1 , unterscheidet sich jedoch durch zusätzliche Elemente in der Nähe des Dünnfilms80 . Die Bereiche in der Nähe des Dünnfilms80 sind in8 dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Röntgendetektor700 zum Erfassen von Röntgenstrahlen72 , die vom Prüfkörper6 kommen, vorgesehen. Der Röntgendetektor700 kann eine Energieanalyse des Röntgenstrahls durchführen und ein Prüfkörperbild an Stelle von Sekundärelektronensignalen vom Prüfkörper6 erzeugen, indem ein Teil der Energieverteilung als Röntgenstrahlen-Intensitätssignale ausgegeben wird. - Die Röntgenstrahlen
72 werden vom Prüfkörper6 gemäß den folgenden Einstellungen in der vorliegenden Ausführungsform initiiert. Dabei wird das elektrische Potential des Dünnfilms80 in Bezug zum Prüfkörper6 durch die Stromquelle83 auf -10 kV eingestellt. Das elektrische Potential der Elektrode82 wird durch die Stromquelle84 zwischen dem elektrischen Potential des Dünnfilms80 und einem Massepotential, bei dem es sich um das elektrische Potential des Prüfkörpers6 handelt, eingestellt. Gemäß dieser Einstellung des elektrischen Potentials wird das im Dünnfilm80 erzeugte Sekundärelektron70 mit 10 kV beschleunigt, um den Prüfkörper6 zu bestrahlen. Ein charakteristischer Röntgenstrahl, der vom Material des Prüfkörpers6 abhängt, wird als Folge des Sekundärelektrons70 , das mit einigen kV oder mehr zur Bestrahlung des Prüfkörpers6 beschleunigt wird, emittiert. Das Abtasten durch die Sekundärelektronen70 wird unter Blockierung durchgeführt, da das Abtasten durch den Ionenstrahl5 durch das ionenoptische System300 durchgeführt wird. Demzufolge sind die Konfiguration und die Einstellung in der vorliegenden Ausführungsform äquivalent zur Konfiguration eines Röntgenanalysenmikroskops, der Elektronenstrahlen als Sonde verwendet. Somit ergeben sich vorteilhafte Wirkungen nicht nur insofern, als der Prüfkörper6 präzise durch den neutralen Strahl betrachtet werden kann, sondern auch insofern als die Materialanalyse leicht durchzuführen ist. - Es ist darauf hinzuweisen, dass das elektrische Potential des Dünnfilms
80 in der vorliegenden Ausführungsform negativ ist, dass aber nur die Notwendigkeit zu einem relativ negativen Potential in Bezug auf das elektrische Potential des Prüfkörpers6 gegeben ist. Beispielsweise ist es möglich, ähnliche Wirkungen zu erreichen, wenn der Dünnfilm80 ein Massepotential und der Prüfkörper ein positives elektrisches Potential aufweisen. In diesem Fall ergibt sich ein Vorteil insofern, dass die Beschleunigungsspannung des Ionenstrahls5 , d.h. die Beschleunigungsenergie des ungeladenen Teilchenstrahls50 , konstant gehalten werden kann. - Dabei handelt es sich bei mindestens einem der Sekundärteilchendetektoren
104 um einen Röntgendetektor700 für vom Prüfkörper6 emittierte Röntgenstrahlen. Vorzugsweise wird das erste elektrische Potential, bei dem es sich um das elektrische Potential des Trägerkörpers81 in Bezug zum elektrischen Potential des Prüfkörpers6 handelt, relativ negativ gehalten und das zweite elektrische Potential, bei dem es sich um das elektrische Potential der Elektrode82 in Bezug auf das erste elektrische Potential handelt, relativ positiv gehalten. Somit werden die vom Dünnfilm6 emittierten Sekundärelektronen mit mehreren kV bis mehreren 10 kV zur Injektion in den Prüfkörper beschleunigt, so dass vom Prüfkörper emittierte Röntgenstrahlen erfasst werden. - Wenn dabei keine speziellen Maßnahmen getroffen werden, ergibt sich eine breite Ausbreitung der Sekundärelektronen
70 am Prüfkörper6 , was eine geringe Auflösung der Sekundärelektronen70 zur Folge hat. Demzufolge werden in der vorliegenden Ausführungsform der Durchmesser der Öffnung und die Einstellung des elektrischen Potentials der Elektrode82 so vorgenommen, dass sich die Funktion einer elektrostatischen Linse für die Sekundärelektronen70 ergibt. Dabei kann das Sondensystem des Elektronenstrahls am Prüfkörper6 in gewissem Umfang klein gehalten werden. Speziell beträgt die Auflösung des ungeladenen Teilchenstrahls50 etwa 1 nm und die Auflösung des Elektronenstrahls etwa 1 µm. Es ist darauf hinzuweisen, dass zwar der Abtastbereich des Elektronenstrahls am Prüfkörper6 dem Abtastbereich des ungeladenen Teilchenstrahls50 entspricht, dass sich die Größe aber unterscheidet. Demzufolge kann das Rasterionenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform eine Vergrößerungskorrektur durchführen, wenn beide Prüfkörperbilder verglichen werden. - Obgleich in der vorliegenden Ausführungsform die Funktion einer elektrostatischen Linse zur Herbeiführung der Konvergenz der Elektronenstrahlen herangezogen wird, kann das Konvergenzverhalten des Elektronenstrahls ferner stärker verbessert werden, indem man sich einer Linsenfunktion unter Ausnutzung eines magnetischen Felds bedient. Keine der Möglichkeiten führt zu irgendeiner Beeinträchtigung des Wegs des ungeladenen Teilchenstrahls
50 . - Es ist darauf hinzuweisen, dass der Dünnfilm
80 der vorliegenden Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Material beschränkt ist. Vorzugsweise ist er aus einem dünnen Material gefertigt, das zumindest bei Bestrahlung mit Ionen eine elektrische Leitfähigkeit aufweist und leicht Ionenstrahlen durchlässt. Beispielsweise können Dünnfilme aus Kohlenstoff und Metall und ein monomolekularer Film aus einem elektrisch leitenden Polymeren verwendet werden. - Wie vorstehend ausgeführt, wird mit dem Rasterionenmikroskop der vorliegenden Erfindung das Prüfkörperbild durch Abtasten mit ungeladenen Teilchen gebildet. Daher ist es möglich, einen Prüfkörper, der einen Isolator enthält, ohne Verzerrung zu betrachten. Da ferner die Strahlung der Elektronen, die vom Dünnfilm emittiert werden, gesteuert werden kann, ist es möglich, eine Kontamination des Prüfkörperbilds durch Rauschen zu verhindern. Ferner ist es möglich, eine Aufladung des Prüfkörpers zu verhindern und eine Analyse durchzuführen, indem man für eine Emission von Röntgenstrahlen aus dem Prüfkörper sorgt.
- Bezugszeichenliste
-
- 1:
- Emitter-Spitze
- 2:
- Extraktionselektrode
- 3:
- Gasauslassbereich eines Gaszufuhrrohrs
- 4:
- Bauelement zum Anlegen einer Extraktionsspannung
- 5:
- Ionenstrahl
- 6:
- Prüfkörper
- 7:
- Sekundärelektron
- 50:
- Ungeladener Teilchenstrahl
- 70:
- Sekundärelektron
- 71:
- Reflexionsteilchen und Sekundärelektron
- 72:
- Röntgenstrahl
- 80:
- Dünnfilm
- 80a:
- Ionische Flüssigkeit
- 80b:
- Netzstrukturgegenstand (Maschenstrukturgegenstand)
- 80c:
- Kristalliner Körper
- 81:
- Trägerkörper (Trägerelement)
- 82:
- Elektrode
- 82a:
- Maschenstrukturelektrode
- 83, 84:
- Stromquelle
- 85:
- Abschirmkörper
- 86:
- Stromdetektor
- 100:
- Gasfeldionisations-Ionenquelle (GFIS)
- 101:
- Prüfkörperstation
- 102:
- Linsensystem (Linsenseriensystem)
- 102a, 102b:
- Elektrostatische Linse
- 102c:
- Strahlenbegrenzende Apertur
- 102d:
- Ausrichtungsvorrichtung
- 103:
- Ablenksystem (Ablenkseriensystem)
- 103a, 103b:
- Ablenkvorrichtung
- 104:
- Sekundärteilchendetektor
- 105:
- Linsensystem-Steuerungseinrichtung
- 106:
- Ablenksystem-Steuerungseinrichtung
- 110:
- Bildverarbeitungseinheit
- 110a:
- Speichereinheit
- 110b:
- Anzeigeeinheit
- 120:
- Ionensteuereinrichtung
- 200:
- Rasterionenmikroskop
- 300:
- Ionenoptisches System (ionenoptisches Seriensystem)
- 700:
- Röntgendetektor
- 800:
- Mechanismus zur geringfügigen Bewegung des Dünnfilms (Dünnfilm-Bewegungseinrichtung)
- 801:
- Dünnfilm-Neigungsmechanismus
Claims (17)
- Rasterionenmikroskop, umfassend: eine Ionenquelle; eine Prüfkörperstation, die zum Halten eines Prüfkörpers konfiguriert ist; ein ionenoptisches System, das so konfiguriert ist, dass von der Ionenquelle emittierte Ionen zur Konvergenz am Prüfkörper gebracht werden und die zur Konvergenz gebrachten Ionen zu einer vorgegebenen Position am Prüfkörper abgelenkt werden; eine Ionensteuerungsvorrichtung, die zur Steuerung des ionenoptischen Systems konfiguriert ist; einen Sekundärteilchendetektor, der zum Erfassen eines vom Prüfkörper emittierten Sekundärteilchens konfiguriert ist; und eine Bildverarbeitungseinheit, die zur Erzeugung eines Bilds konfiguriert ist, wobei ein Signal vom Sekundärteilchendetektor der Ablenkung der konvergierten Ionen entspricht, wobei das Bild in einer Speichereinheit gespeichert und an einer Anzeigeeinheit angezeigt wird; wobei das Rasterionenmikroskop ferner Folgendes umfasst: ein Trägerelement, das elektrisch leitend ist, das so konfiguriert ist, dass es einen Dünnfilm, der mit den Ionen bestrahlt wird, trägt, und das zwischen dem ionenoptischen System und dem Prüfkörper angeordnet ist; und eine Einrichtung zur Steuerung eines ersten elektrischen Potentials, bei dem es sich um das elektrische Potential des Trägerelements handelt.
- Rasterionenmikroskop nach
Anspruch 1 , ferner umfassend eine Einrichtung zur Steuerung eines zweiten elektrischen Potentials, bei dem es sich um das elektrische Potential einer Elektrode handelt, die zwischen dem Dünnfilm und dem Prüfkörper angeordnet ist, wobei in der Elektrode eine Öffnung vorgesehen ist. - Rasterionenmikroskop nach
Anspruch 1 , wobei der Dünnfilm zumindest dann, wenn er mit den Ionen bestrahlt wird, elektrisch leitend ist. - Rasterionenmikroskop nach
Anspruch 1 , wobei das Rasterionenmikroskop ferner eine Dünnfilm-Bewegungseinrichtung zur Bewegung des Dünnfilms in Bezug zu einer optischen Achse des ionenoptischen Systems umfasst. - Rasterionenmikroskop nach
Anspruch 1 , ferner umfassend eine Einrichtung zur mechanischen oder durch ein elektromagnetisches Feld erfolgenden Abschirmung mindestens eines Teils der Sekundärteilchen, die vom Dünnfilm auf einer dem Prüfkörper gegenüberliegenden Seite durch den Dünnfilm emittiert werden. - Rasterionenmikroskop nach
Anspruch 1 , wobei eine ionische Flüssigkeit als Überzug auf dem Dünnfilm vorliegt. - Rasterionenmikroskop nach
Anspruch 1 , wobei der Dünnfilm einen Maschenstrukturgegenstand umfasst. - Rasterionenmikroskop nach
Anspruch 1 , wobei der Dünnfilm einen kristallinen Körper umfasst und das Rasterionenmikroskop ferner eine Einrichtung zur Neigung des Dünnfilms in Bezug zu einer Achse des ionenoptischen Systems umfasst. - Rasterionenmikroskop nach
Anspruch 2 , wobei die vom Dünnfilm emittierten Sekundärelektronen daran gehindert werden, dass sie in den Sekundärteilchendetektor gelangen, indem man das zweite elektrische Potential in Bezug zum ersten elektrischen Potential relativ negativ hält. - Rasterionenmikroskop nach
Anspruch 1 , wobei die Energie von ungeladenen Teilchen, die vom Dünnfilm emittiert werden, verringert wird, indem man das erste elektrische Potential in Bezug zum elektrischen Potential des Prüfkörpers relativ positiv hält. - Rasterionenmikroskop nach
Anspruch 5 , wobei ein Stromdetektor mit der Abschirmeinrichtung verbunden ist und der Stromdetektor den elektrischen Strom von Sekundärelektronen, die vom Dünnfilm emittiert werden, überwacht und Abnormalitäten am Dünnfilm feststellt, wenn der Strom geringer oder gleich einem vorgegebenen Wert ist. - Rasterionenmikroskop nach
Anspruch 1 , wobei die Einrichtung zur Steuerung des ersten elektrischen Potentials einen in den Dünnfilm fließenden Strom überwacht und Abnormalitäten des Dünnfilms feststellt, wenn der elektrische Strom größer oder gleich einem vorgegebenen Wert ist. - Rasterionenmikroskop nach
Anspruch 4 , wobei die Dünnfilm-Bewegungseinrichtung den Dünnfilm von einer optischen Achse des ionenoptischen Systems zurückzieht. - Rasterionenmikroskop nach
Anspruch 2 , wobei vom Dünnfilm emittierte Sekundärelektronen durch eine Spannung im Bereich von einigen 10 V bis einigen 100 V beschleunigt werden, damit sie in den Prüfkörper gelangen, indem man das erste elektrische Potential in Bezug zum elektrischen Potential des Prüfkörpers relativ negativ hält und das zweite elektrische Potential in Bezug zum ersten elektrischen Potential relativ positiv hält. - Rasterionenmikroskop nach
Anspruch 2 , wobei mindestens ein Sekundärteilchendetektor einen Röntgendetektor für einen vom Prüfkörper emittierten Röntgenstrahl umfasst und vom Dünnfilm emittierte Sekundärelektronen durch eine Spannung im Bereich von einigen kV bis einigen 10 kV beschleunigt werden, damit sie in den Prüfkörper eintreten, indem man das erste elektrische Potential in Bezug zum elektrischen Potential des Prüfkörpers relativ negativ hält und das zweite elektrische Potential in Bezug zum ersten elektrischen Potential zum Nachweis des vom Prüfkörper emittierten Röntgenstrahls relativ positiv hält. - Rasterionenmikroskop nach
Anspruch 2 , wobei das erste elektrische Potential in Bezug zum elektrischen Potential des Prüfkörpers relativ negativ gehalten wird und vom Dünnfilm emittierte Sekundärelektronen zur Konvergenz durch eine elektrostatische Linsenfunktion oder eine Magnetfeld-Linsenfunktion in Richtung zum Prüfkörper gebracht werden. - Sekundärteilchen-Steuerungsverfahren unter Verwendung eines Rasterionenmikroskops, umfassend: eine Ionenquelle; eine Prüfkörperstation, die zum Halten eines Prüfkörpers konfiguriert ist; ein ionenoptisches System, das so konfiguriert ist, dass von der Ionenquelle emittierte Ionen zur Konvergenz am Prüfkörper gebracht werden und die zur Konvergenz gebrachten Ionen zu einer vorgegebenen Position am Prüfkörper abgelenkt werden; eine Ionensteuerungsvorrichtung, die zur Steuerung des ionenoptischen Systems konfiguriert ist; einen Sekundärteilchendetektor, der zum Erfassen eines vom Prüfkörper emittierten Sekundärteilchens konfiguriert ist; und eine Bildverarbeitungseinheit, die zur Erzeugung eines Bilds konfiguriert ist, wobei ein Signal vom Sekundärteilchendetektor der Ablenkung der konvergierten Ionen entspricht, wobei das Bild in einer Speichereinheit gespeichert und an einer Anzeigeeinheit angezeigt wird; wobei das Rasterionenmikroskop ferner Folgendes umfasst: ein Trägerelement, das elektrisch leitend ist, das so konfiguriert ist, dass es einen Dünnfilm, der mit den Ionen bestrahlt wird, trägt, und das zwischen dem ionenoptischen System und dem Prüfkörper angeordnet ist; und eine Einrichtung zur Steuerung eines ersten elektrischen Potentials, bei dem es sich um das elektrische Potential des Trägerelements handelt; und eine Einrichtung zur Steuerung eines zweiten elektrischen Potentials, bei dem es sich um das elektrische Potential einer Elektrode handelt, die zwischen dem Dünnfilm und dem Prüfkörper angeordnet ist, wobei in der Elektrode eine Öffnung vorgesehen ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: vom Dünnfilm emittierte Sekundärelektronen werden daran gehindert, dass sie in den Sekundärteilchendetektor gelangen, indem man das zweite elektrische Potential in Bezug zum ersten elektrischen Potential relativ negativ hält.
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