DE112012004821T5

DE112012004821T5 - Rasterionenmikroskop und Sekundärteilchen-Steuerungsverfahren

Info

Publication number: DE112012004821T5
Application number: DE112012004821.0T
Authority: DE
Inventors: c/o Hitachi High-Technologies C Kawanami Yoshimi; c/o Hitachi High-Technologies Co Ose Yoichi
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2032-11-09
Also published as: US20150048247A1; JP5896708B2; WO2013084651A1; JP2013120634A; US9058959B2; DE112012004821B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine detaillierte Betrachtung eines Prüfkörpers und verhindert eine Verzerrung eines Betrachtungsbilds, selbst wenn der ein isolierendes Material enthaltende Prüfkörper partiell geladen ist. Bei einem Rasterionenmikroskop (200) unter Verwendung einer Gasfeldionisations-Ionenquelle (100) ist ein Dünnfilm (80) zwischen einem ionenoptischen System (300) und einem Prüfkörper (6) angeordnet und ein Ionenstrahl wird auf diesen Dünnfilm (80) gelenkt und tritt durch diesen hindurch, um einen neutralisierten Strahl am Prüfkörper zu fokussieren. Ferner ist eine Elektrode (82) zur Regulierung von vom Dünnfilm (80) abgegebenen Sekundärelektronen vorgesehen, um zu verhindern, dass sich ein Rauschen mit dem Betrachtungsbild vermischt.

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: Japanische Patentveröffentlichung JP 07-192669 A
Patentdokument 2: Japanische internationale Patentveröffentlichung JP 2009-517846 A
Patentdokument 3: Japanische Patentveröffentlichung JP 62-298708 A
Patentdokument 4: Japanische Patentveröffentlichung JP 2008-185336 A
Patentdokument 5: Japanische Patentveröffentlichung JP 08-240542 A
Patentdokument 6: Japanische Patentveröffentlichung JP 09-033462 A
Patentdokument 7: Japanische Patentveröffentlichung JP 2010-203805 A
Patentdokument 8: Japanische Patentveröffentlichung JP 2011-095154 A
Patentdokument 9: Japanische Patentveröffentlichung JP 2002-134060 A

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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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 Rasterionenmikroskop 200 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 Rasterionenmikroskop 200 so aufgebaut, dass ein von einer GFIS 100 emittierter Helium(He)-Ionenstrahl 5 in ein ionenoptisches System 300 (ionenoptisches Seriensystem) gelangt, wobei die Ionenstrahlen 5 durch das ionenoptische System 300 zur Konvergenz gebracht werden. Somit wird ein Prüfkörper 6, der sich auf einer Prüfkörperstation 101 befindet, mit dem Ionenstrahl 5 bestrahlt. Die Ionen-Beschleunigungsspannung beträgt 30 kV.
Die GFIS (100) umfasst Folgendes: eine Emitter-Spitze 1; eine Extraktionselektrode 2; und einen Gasentladungsauslass 3 einer Gaszufuhrleitung, die Gas für die Ionisation dem Scheitelpunkt der Emitter-Spitze zuführt. Die Emitter-Spitze 1 ionisiert Gas, das aus dem Gasentladungsauslass 3 zugeführt wird und sich am Scheitelpunkt der Spitze befindet, mit hoher Spannung (die Emitter-Spitze 1 ist positiv und die Extraktionselektrode 2 ist negativ), die von der Extraktions-Spannungsanlegeeinheit 4 zwischen der Emitter-Spitze 1 und der Extraktionselektrode 2 angelegt wird. Die Extraktionselektrode 2 extrahiert durch die Emitter-Spitze 1 erzeugte Ionen und emittiert die Ionen in Form eines Ionenstrahls 5 zum ionenoptischen System 300.
Das ionenoptische System 300 umfasst Folgendes: ein Linsensystem 102 (Linsenseriensystem), das elektrostatische Linsen 102a, 102b, eine strahlenbegrenzende Apertur 102c und einen Aligner 102d enthält; und ein Ablenksystem 103 (Ablenkseriensystem), das Ablenkvorrichtungen 103a, 103b umfasst. Der Ionenstrahl 5, der in das ionenoptische System 300 gelangt ist, wird durch die elektrostatischen Linsen (102a, 102b) im ionenoptischen System 300 zur Konvergenz gebracht und zum Prüfkörper 6 geführt. Dabei wird die Position, an der der Ionenstrahl 5 auf den Prüfkörper 6 auftrifft, durch Ablenken des Ionenstrahls 5 mit den Ablenkvorrichtungen 103a, 103b eingestellt.
Dabei wird das Linsensystem 102, das die elektrostatischen Linsen 102a, 102b, die strahlenbegrenzende Apertur 102c und den Aligner 102d umfasst, durch eine Linsensystem-Steuerungsvorrichtung 105 gesteuert, indem sie den Antrieb der entsprechenden Antriebsvorrichtungen 102aD–102dD steuert. Ferner steuert die Linsensystem-Steuerungsvorrichtung 105 auch den vom ionenoptischen System 300 emittierten Ionenstrahl 5, indem sie die Ansteuerung der Extraktions-Spannungsanlegeeinheit 4 steuert. Das Ablenksystem 103, das die Ablenkvorrichtungen 103a, 103b enthält, wird durch Antrieb der entsprechenden Antriebsvorrichtungen 103aD, 103bD durch die Ablenksystem-Steuerungsvorrichtung 106 gesteuert.
Eine Ionensteuerungsvorrichtung 120 zur Steuerung des ionenoptischen Systems 300 ist aus der Linsensystem-Steuerungsvorrichtung 105 und der Ablenksystem-Steuerungsvorrichtung 106 zusammen mit einer Mehrzahl von Antriebsvorrichtungen aufgebaut.
Sekundärelektronen 7, die aufgrund der vorstehend beschriebenen Bestrahlung mit dem Ionenstrahl 5 aus dem Prüfkörper 6 erzeugt worden sind, werden durch einen Sekundärteilchendetektor 104 erfasst und durch eine A/D-Signalumwandlungseinheit 104D in digitale Signale umgewandelt. Anschließend erzeugt die Bildverarbeitungseinheit 110 ein Sekundärelektronen-Betrachtungsbild (Bild), in dem die Signalintensität des digitalen Signals mit der Ablenkintensität zusammenhängt. Das Bild wird an der Bildschirmeinheit 110b dargestellt. Ein von der Bildverarbeitungseinheit 110 erzeugtes Bild wird in einer Speichereinheit 110a (Bildspeicher) gespeichert. Das auf diese Weise gespeicherte Bild wird für Bildbearbeitungen und die Bildanzeige verwendet. Der Anwender kann die Position, auf die der Ionenstrahl 5 aufgebracht wird, an der Bildschirmeinheit 110b angeben, während er das an der Bildschirmeinheit 110b angezeigte Sekundärelektronen-Betrachtungsbild ansieht.
In 1 ist ein Vorgang zur Steuerung der Gesamtheit der Linsensystem-Steuervorrichtung 105, der Ablenksystem-Steuervorrichtung 106 und der Bildverarbeitungseinheit 110 weggelassen.
Ein erstes Merkmal der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, dass zusätzlich zur grundlegenden Konfiguration des Rasterionenmikroskops ein Dünnfilm 80 zwischen dem ionenoptischen System 300 und dem Prüfkörper 6 angeordnet ist, um die Ladung des Ionenstrahls 5 zu neutralisieren und den Ionenstrahl 5 in einen ungeladenen Teilchenstrahl 50 zur Bestrahlung des Prüfkörpers umzuwandeln.
Somit werden bei der vorliegenden Ausführungsform die Eigenschaften eines Mikroskops aufrechterhalten, da der Dünnfilm 80 als Neutralisationseinrichtung für den Ionenstrahl 5 dient und die Bewegungsrichtung von Ionen im Ionenstrahl 5, die im ionenoptischen System 300 konvergieren und den Abtastvorgang vornehmen, überhaupt nicht verändert wird. Das Sekundärelektronenbild des Prüfkörpers 6 ist im Vergleich zu dem Fall, bei dem kein Dünnfilm 80 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 Dünnfilm 80 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 Ionenstrahls 5 (die die kinetische Energie beim Eintritt in den Dünnfilm 80 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 auf 9 beschrieben. In dieser Darstellung bedeutet ”+” ein Ion, ”N” ein ungeladenes Teilchen und ”–” ein Elektron. Ein Teil der Ionen im Ionenstrahl 5, der in den Film 80 gelangt, wird an der Oberfläche gestreut. Ein in der ersten Atomschicht an der Oberfläche gestreutes Ion wird als Ion 5b emittiert. Ein in der zweiten Atomschicht in der Oberfläche gestreutes Ion wird als ungeladenes Teilchen 50b emittiert. Wenn ein Ion in einer Position, die tiefer als die zweite Atomschicht liegt, gestreut wird, gelangt dieses Ion kaum aus dem Dünnfilm 80 heraus, vielmehr durchläuft ein Teil dieser Ionen den Dünnfilm 80 in Form von ungeladenen Teilchen 50c. Der Großteil der Ionen im Ionenstrahl 5 durchläuft den Dünnfilm 80 in Form eines ungeladenen Teilchenstroms 50 ohne Veränderung der Richtung. Angeregte Sekundärelektronen werden emittiert von der Oberfläche, in die der Ionenstrahl 5 eintritt, und von der Oberfläche, aus der der ungeladene Teilchenstrom 50 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 Teilchenstrahl 50 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 Ionenstrahls 5 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 Ionenstrahls 5 anzugeben. Grundsätzlich wird die Dicke des Dünnfilms 80 so eingestellt, dass 50% oder mehr der Ionen im Ionenstrahl 5 den Dünnfilm 80 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 Dünnfilms 80 so einstellt, dass 90% oder mehr der Ionen im Ionenstrahl 5 den Dünnfilm 80 passieren. Es ist darauf hinzuweisen, dass das Neutralisationsverhältnis sich verringert, wenn die Dicke des Dünnfilms 80 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 Dünnfilm 80 und dem Prüfkörper. Durch entsprechende Handhabung der als Folge der Verwendung des Dünnfilms 80 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 Dünnfilm 80 eine geringere Dicke vorzusehen, da es nicht erforderlich ist, atmosphärische Druckdifferenzen auszuhalten. Daher ist es einfacher, den Transmissionsfaktor des Ionenstrahls 5 zu erhöhen. Selbst wenn jedoch Gas mit atmosphärischem Druck oder einem niedrigeren Druck auf der Prüfkörperseite des Dünnfilms 80 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 μm. Der Dünnfilm 80 ruht auf einem Trägerkörper 81 mit rostfreier Beschaffenheit. Sein elektrisches Potential wird durch die Stromquelle 83 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 Ionenstrahl 5 entstehen und somit die Siliciumnitrid-Dünnfilme elektrisch leitend werden. Dabei bewirkt die Erweiterung des Bestrahlungsbereiches mit dem Ionenstrahl 5 auf der Außenseite des Fensters eine Verringerung der durch Widerstandswirkung verursachten elektrischen Potentialdifferenz. Eine derartige Erweiterung kann bei der Ausblendung des Ionenstrahls 5 vorgenommen werden.
Das elektrische Potential des Dünnfilms 80 wird durch die Stromquelle 83 zum Massepotential, das gleich ist wie beim Prüfkörper 6. Wenn der Dünnfilm 80 mit dem Ionenstrahl 5 mit einer Beschleunigungsspannung von 30 kV bestrahlt wird, wird der Strahl, der den Film 80 durchlaufen hat, zu einem ungeladenen Teilchenstrahl 50 neutralisiert. Der ungeladene Teilchenstrahl 50 wird im Dünnfilm 80 kaum gestreut und wirkt somit auf die gleiche Position am Prüfkörper 6 ein, auf dem der ursprüngliche Ionenstrahl 5 zur Konvergenz gebracht und abgelenkt wird. Wenn daher vom Rasterionenmikroskop 200 der Vorgang zur Aufnahme eines Sekundärelektronen-Betrachtungsbilds des Prüfkörpers 6 ausgeführt wird, ist es möglich, ein Bild an der gleichen Stelle aufzunehmen. Verglichen mit einem Fall, bei dem kein Dünnfilm 80 vorliegt, verringert sich die Bildungsmenge der Sekundärelektronen 7 geringfügig. Ferner wird das Sekundärelektronen-Betrachtungsbild nicht verzerrt, wenn es sich beim Prüfkörper 6 um einen Isolator handelt, da der Ionenstrahl 5 durch die elektrische Aufladung des Prüfkörpers 6 gekrümmt wird.
Da der Ionenstrahl 5 nicht auf dem Dünnfilm 80 konvergiert, ist die Schädigung des Dünnfilms 80 durch den Ionenstrahl 5 wesentlich geringer als die Schädigung des Prüfkörpers 6. Ferner kann in der vorliegenden Ausführungsform der Dünnfilm 80 mit dem Mechanismus 800 zur geringfügigen Bewegung des Dünnfilms (Dünnfilm-Bewegungseinrichtung) geringfügig bewegt werden (vergleiche 1). Dadurch kann der Abbau verzögert werden, indem man den gesamten Bereich des Dünnfilms 80 gleichmäßig einsetzt.
Ferner kann der Mechanismus 800 zur geringfügigen Bewegung des Dünnfilms den Dünnfilm 80 aus der ionenoptischen Achse des ionenoptischen Systems 300 entfernen. Dadurch lassen sich stärkere Sekundärelektronensignale erhalten, wenn der Prüfkörper 6 elektrisch leitend ist.
2 zeigt eine Konfiguration in der Nähe eines Dünnfilms des Rasterionenmikroskops gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Peripherie des Dünnfilms 80 wird unter Bezugnahme auf 2 ausführlich beschrieben. Wenn der Dünnfilm 80 mit dem Ionenstrahl 5 bestrahlt wird, durchlaufen Sekundärelektronen 70 die Prüfkörperseite 6 des Dünnfilms 80 zusätzlich zum ungeladenen Teilchenstrahl 50. Wenn die Sekundärelektronen 70 mit den am Prüfkörper 6 erzeugten Sekundärelektronen 7 vermischt und mit dem Sekundärteilchendetektor 104 erfasst werden (vergleiche 1), wird das Rauschen im Sekundärelektronen-Betrachtungsbild des Prüfkörpers 6 gemischt. Demzufolge wird bei der vorliegenden Ausführungsform das elektrische Potential der Elektrode 82, die eine Öffnung in der Mitte aufweist, durch die Stromquelle 84 in geeigneter Weise eingestellt. Dies bedeutet, dass das Sekundärelektron 70 zum Dünnfilm 80 zurückgeschickt wird, indem man das elektrische Potential der Elektrode 82 auf einige –10 V in Bezug auf das elektrische Potential des Trägerkörpers 81 (in diesem Fall das Massepotential) einstellt. Dadurch lässt sich das Rauschen im Sekundärelektronen-Betrachtungsbild des Prüfkörpers 6 beseitigen. Es ist darauf hinzuweisen, dass unabhängig davon, wie das elektrische Potential der Elektrode 82 eingestellt wird, der Weg des ungeladenen Teilchenstrahls 50 nicht beeinflusst wird.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Verbesserung des Konvergenzverhaltens des ungeladenen Teilchenstrahls 50 durch Einstellen des elektrischen Potentials des Dünnfilms 80 beschrieben. Bei den vorstehenden Ausführungen beträgt die Beschleunigungsspannung des Ionenstrahls 5 30 kV und das elektrische Potential des Dünnfilms 80 (d. h. elektrisches Potential des Trägerkörpers 81) ist ein Massepotential, das gleich ist wie beim Prüfkörper 6. Das Konvergenzverhalten des ungeladenen Teilchenstrahls 50 ist in diesem Fall im Wesentlichen gleich wie das Konvergenzverhalten des Ionenstrahls 5.
Wenn das elektrische Potential des Dünnfilms 80 durch die Stromquelle 83 auf ein hohes positives Potential, zum Beispiel 10 kV, und die Beschleunigungsspannung des Ionenstrahls 5 auf 40 kV (was einen höheren Wert entsprechend dem hohen positiven Potential darstellt) eingestellt werden, ist es möglich, das Konvergenzverhalten des ungeladenen Teilchenstrahls 50 zu verbessern. Durch Erhöhung der Beschleunigungsspannung des Ionenstrahls 5 bei dieser Einstellung wird die Aberration des ionenoptischen Systems 300 geringer, wobei die Konvergenz des Ionenstrahls 5 verbessert wird. Der Ionenstrahl 5 wird unmittelbar vor dem Prüfkörper 6 verlangsamt, da er durch den Dünnfilm 80 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 Dünnfilm 80 ([Beschleunigungsspannung des Ionenstrahls 5] – [elektrisches Potentialdes Dünnfilms 80]) 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 Teilchenstrahls 50 zu verbessern, indem man die Einfallsenergie des ungeladenen Teilchenstrahls 50 auf den Prüfkörper 6 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 in 1, unterscheidet sich jedoch darin, dass zusätzliche Elemente in der Nähe des Dünnfilms 80 vorhanden sind. 3 zeigt einen peripheren Bereich des Dünnfilms 80.
Wenn der Dünnfilm 80 mit dem Ionenstrahl 5 bestrahlt wird, wird eine geringe Menge an Reflexionsteilchen und sekundären Elektronen 71 zum ionenoptischen System 300 hin emittiert. Wenn sie in eine elektrostatische Linse oder eine Ablenkvorrichtung im ionenoptischen System 300 gelangen, kann der Betrieb des ionenoptischen Systems 300 instabil werden, was auf die Induktion einer unnötigen Aufladung auf dem Isolatorbereich zurückzuführen ist. Demzufolge wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Abschirmkörper 85 mit einer Öffnung oberhalb des Dünnfilms 80 angeordnet, um die Reflexionsteilchen und Sekundärelektronen 71 zu blockieren. Obgleich ein Teil der Teilchen in das ionenoptische System 300 gelangt, gelangen sie zumindest nicht direkt in Isolatoren.
Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Stromdetektor 86 mit dem Abschirmkörper 85 verbunden. Somit ist es möglich, den elektrischen Strom der durch den Ionenstrahl 5 erzeugten Sekundärelektronen zu überwachen. Wenn der Betrag des in den Abschirmkörper fließenden Stroms stark abnimmt, obgleich eine Bestrahlung mit dem Ionenstrahl 5 vorliegt, können Abnormalitäten auftreten, wie es der Fall ist, wenn der Dünnfilm 80 gerissen ist. Im Rasterionenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform ist das System so konfiguriert, dass zumindest der Benutzer bei Feststellung von Abnormalitäten des Dünnfilms 80 durch Überwachung des elektrischen Stroms aufmerksam gemacht wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass Abnormalitäten, zum Beispiel bei Rissen im Dünnfilm 80, ebenfalls durch Überwachung des elektrischen Stroms, der in dem Dünnfilm 80 fließt, nachgewiesen werden können. Vorzugsweise erfasst die Stromquelle 83 (Einrichtung zur Steuerung eines ersten elektrischen Potentials) Abnormalitäten des Dünnfilms 80, wenn der elektrische Strom, der in den Dünnfilm 80 fließt, einen vorbestimmten Wert erreicht oder diesen übersteigt, indem man diesen elektrischen Strom überwacht.
Dritte Ausführungsform
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 in 1, unterscheidet sich jedoch darin, dass zusätzliche Elemente in der Nähe des Dünnfilms 80 vorliegen. 4 zeigt einen peripheren Bereich des Dünnfilms 80. Ein spezielles Merkmal besteht darin, dass eine mehrere Moleküle dicke Schicht einer ionischen Flüssigkeit 80a auf dem Siliciumnitrid-Dünnfilm 80, der ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist, verteilt ist. Dabei wird für die ionische Flüssigkeit 80a C10H15F6N3O4S2 (C₁₀H₁₅F₆N₃O₄S₂) (CAS Nr. 174899-83-3) verwendet.
Da in der vorliegenden Ausführungsform der Dünnfilm 80 als Folge des Vorliegens der ionischen Flüssigkeit 80a in wirksamer Weise elektrisch leitend wird, entfallen Einschränkungen bei der Auswahl des Materials für den Dünnfilm 80 selbst. Dies bedeutet, dass der Dünnfilm 80 einen perfekten Isolator darstellen kann. Da die Beschleunigungsspannung des Ionenstrahls 5 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 Ionenstrahl 5 geschädigt und unterliegt als Folge des Fließverhaltens einer Selbstreparatur. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Verlängerung der Lebensdauer des Dünnfilms 80. Es ist darauf hinzuweisen, dass die hier angegebene ionische Flüssigkeit 80a 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
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 in 1, unterscheidet sich aber in der Konfiguration des Dünnfilms 80. 5 zeigt einen peripheren Bereich des Dünnfilms 80. In der vorliegenden Ausführungsform ist die ionische Flüssigkeit 80a in einem Netzstrukturgegenstand 80b (Maschenstrukturgegenstand) aus Kohlenstoff (Dicke mehrere nm und durchschnittliche Größe der Öffnungen mehrere μm) imprägniert, wodurch der Dünnfilm 80 gebildet wird. Die ionische Flüssigkeit 80a ist die gleiche wie bei der dritten Ausführungsform.
Vom Ionenstrahl 5 aus lässt sich der Dünnfilm 80 als eine dünne Schicht einer ionischen Flüssigkeit ansehen. Der Grund hierfür ist, dass nur wenige Ionen einer Steuerung am Kohlenstoff unterliegen. Daher ist der Dünnfilm 80 elektrisch leitend und weist als Folge des Vorliegens der ionischen Flüssigkeit 80a Selbstreparatureigenschaften auf. Die vorliegende Ausführungsform hat auch die vorteilhafte Wirkung, dass die Lebensdauer des Dünnfilms 80 verlängert wird.
Fünfte Ausführungsform
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 in 1, unterscheidet sich aber in der Konfiguration des Dünnfilms 80. 6 zeigt einen peripheren Bereich des Dünnfilms 80. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein kristalliner Körper 80c als Dünnfilm 80 verwendet. Speziell wird der Dünnfilm 80 durch partielles Verringern der Dicke eines Einkristall-Siliciumsubstrats durch Ätzen gebildet. Ferner ist ein Dünnfilm-Neigungsmechanismus 801 vorgesehen, um eine Veränderung des Einfallswinkels des Ionenstrahis 5 auf den Dünnfilm 80 zu ermöglichen.
Dabei tritt ein Kanalbildungsphänomen bei der Transmission des Ionenstrahis durch einen kristallinen Körper auf. Beim Kanalbildungsphänomen handelt es sich um eine Erscheinung, dass das Transmissionsvermögen eines Ionenstrahis, der in einer spezifischen Kristallrichtung eintritt, hoch ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Einstellung so vorgenommen, dass das Transmissionsvermögen des Ionenstrahis 5 möglichst hoch ist, indem man den kristallinen Körper 80c in geeigneter Weise durch den Dünnfilm-Neigungsmechanismus 801 neigt. Dabei ist es möglich, zu verhindern, dass übermäßig gestreute Teilchen oberhalb des Dünnfilms 80 auftreten. Es ist darauf hinzuweisen, dass dann, wenn der Dünnfilm 80 aus Mikrokristallen besteht, eine ähnliche Wirkung unter Kanalbildung erzielt werden kann, wenn die Richtungen der Mikrokristalle ausgerichtet sind.
Sechste Ausführungsform
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 in 1, unterscheidet sich jedoch in Bereichen in der Nähe des Dünnfilms 80. Die Bereiche in der Nähe des Dünnfilms 80 sind in 7 dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Elektrode 82 durch eine Maschenstrukturelektrode 82a ersetzt. Sowohl die Elektrode 82 als auch die Maschenstrukturelektrode 82a haben als Merkmal gemeinsam, dass eine Öffnung im Mittelbereich der Transmission des ungeladenen Teilchenstrahls 50 vorgesehen ist. Das elektrische Potential des Dünnfilms 80 wird durch die Stromquelle 83 auf –100 V in Bezug auf den Prüfkörper 6 eingestellt. Ferner wird das elektrische Potential der Maschenstrukturelektrode 82a durch die Stromquelle 84 auf ein Massepotential eingestellt, das das gleiche ist wie beim Prüfkörper 6. Durch diese Einstellung des elektrischen Potentials wird das am Dünnfilm 80 erzeugte Sekundärelektron 70 mit 100 V zur Bestrahlung des Prüfkörpers 6 beschleunigt. Durch Bestrahlen des Prüfkörpers 6 mit den Sekundärelektronen 70 ist es möglich, die Aufladung auf der Oberfläche zu neutralisieren, wenn es sich beim Prüfkörper 6 um einen Isolator handelt.
Es ist darauf hinzuweisen, dass Energie und Richtung derartiger Sekundärelektronen 70 und der Sekundärelektronen 7, die am Prüfkörper 6 in einem vom Prüfkörper 6 und der Maschenstrukturelektrode 82a umgebenen Äquipotentialraum erzeugt werden, völlig unterschiedlich sind. Aus diesem Grund ist es einfach, nur das Sekundärelektron 7 selektiv mit einem elektrischen Feld, das am Ende des Sekundärteilchendetektors 104 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 Prüfkörpers 6 mit dem Sekundärelektron 70 vorzunehmen, indem man die Maschenelektrode 82a steuert. Auch wenn das elektrische Potential der Maschenstrukturelektrode 82a gesteuert wird, ergibt sich kein Einfluss auf den Weg des ungeladenen Teilchenstrahls 50. Selbst wenn es sich ferner bei der Elektrode 82 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 Sekundärelektrons 70 auf den Prüfkörper 6 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 Prüfkörpers 6 relativ negativ ist. Beispielsweise ist es möglich, eine ähnliche vorteilhafte Wirkung zu erzielen, wenn der Dünnfilm 80 ein Massepotential aufweist und der Prüfkörper ein positives elektrisches Potential aufweist. In diesem Fall ergibt sich ein Vorteil insofern, als die Beschleunigungsenergie des Ionenstrahls 5, d. h. die Beschleunigungsenergie des ungeladenen Teilchenstrahls 50, 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 Prüfkörper 6 zu injizieren, indem man ein erstes elektrisches Potential, bei dem es sich um ein elektrisches Potential des Trägerkörpers 81 in Bezug zum elektrischen Potential des Prüfkörpers 6 handelt, relativ negativ hält und ein zweites elektrisches Potential, bei dem es sich um ein elektrisches Potential der Elektrode 82 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 in 1, unterscheidet sich jedoch durch zusätzliche Elemente in der Nähe des Dünnfilms 80. Die Bereiche in der Nähe des Dünnfilms 80 sind in 8 dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Röntgendetektor 700 zum Erfassen von Röntgenstrahlen 72, die vom Prüfkörper 6 kommen, vorgesehen. Der Röntgendetektor 700 kann eine Energieanalyse des Röntgenstrahls durchführen und ein Prüfkörperbild an Stelle von Sekundärelektronensignalen vom Prüfkörper 6 erzeugen, indem ein Teil der Energieverteilung als Röntgenstrahlen-Intensitätssignale ausgegeben wird.
Die Röntgenstrahlen 72 werden vom Prüfkörper 6 gemäß den folgenden Einstellungen in der vorliegenden Ausführungsform initiiert. Dabei wird das elektrische Potential des Dünnfilms 80 in Bezug zum Prüfkörper 6 durch die Stromquelle 83 auf –10 kV eingestellt. Das elektrische Potential der Elektrode 82 wird durch die Stromquelle 84 zwischen dem elektrischen Potential des Dünnfilms 80 und einem Massepotential, bei dem es sich um das elektrische Potential des Prüfkörpers 6 handelt, eingestellt. Gemäß dieser Einstellung des elektrischen Potentials wird das im Dünnfilm 80 erzeugte Sekundärelektron 70 mit 10 kV beschleunigt, um den Prüfkörper 6 zu bestrahlen. Ein charakteristischer Röntgenstrahl, der vom Material des Prüfkörpers 6 abhängt, wird als Folge des Sekundärelektrons 70, das mit einigen kV oder mehr zur Bestrahlung des Prüfkörpers 6 beschleunigt wird, emittiert. Das Abtasten durch die Sekundärelektronen 70 wird unter Blockierung durchgeführt, da das Abtasten durch den Ionenstrahl 5 durch das ionenoptische System 300 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 Prüfkörper 6 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 Prüfkörpers 6 gegeben ist. Beispielsweise ist es möglich, ähnliche Wirkungen zu erreichen, wenn der Dünnfilm 80 ein Massepotential und der Prüfkörper ein positives elektrisches Potential aufweisen. In diesem Fall ergibt sich ein Vorteil insofern, dass die Beschleunigungsspannung des Ionenstrahls 5, d. h. die Beschleunigungsenergie des ungeladenen Teilchenstrahls 50, konstant gehalten werden kann.
Dabei handelt es sich bei mindestens einem der Sekundärteilchendetektoren 104 um einen Röntgendetektor 700 für vom Prüfkörper 6 emittierte Röntgenstrahlen. Vorzugsweise wird das erste elektrische Potential, bei dem es sich um das elektrische Potential des Trägerkörpers 81 in Bezug zum elektrischen Potential des Prüfkörpers 6 handelt, relativ negativ gehalten und das zweite elektrische Potential, bei dem es sich um das elektrische Potential der Elektrode 82 in Bezug auf das erste elektrische Potential handelt, relativ positiv gehalten. Somit werden die vom Dünnfilm 6 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 Prüfkörper 6, was eine geringe Auflösung der Sekundärelektronen 70 zur Folge hat. Demzufolge werden in der vorliegenden Ausführungsform der Durchmesser der Öffnung und die Einstellung des elektrischen Potentials der Elektrode 82 so vorgenommen, dass sich die Funktion einer elektrostatischen Linse für die Sekundärelektronen 70 ergibt. Dabei kann das Sondensystem des Elektronenstrahls am Prüfkörper 6 in gewissem Umfang klein gehalten werden. Speziell beträgt die Auflösung des ungeladenen Teilchenstrahls 50 etwa 1 nm und die Auflösung des Elektronenstrahls etwa 1 μm. Es ist darauf hinzuweisen, dass zwar der Abtastbereich des Elektronenstrahls am Prüfkörper 6 dem Abtastbereich des ungeladenen Teilchenstrahls 50 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

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 einen 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.