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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ionenätzvorrichtung und insbesondere einen Probenhaltetisch für eine Ionenätzvorrichtung zum Herstellen einer Probe für ein Rasterelektronenmikroskop sowie eine Ionenätzvorrichtung zum Bearbeiten einer Probe, die sich auf dem Probenhaltetisch befindet.
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Stand der Technik
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Eine Ionenätzvorrichtung ist eine Vorrichtung zum Glattätzen einer Probe ohne Beanspruchung der Probe mittels des physikalischen Zerstäubungsphänomens, bei dem Argonionen und dergleichen, die an einer Anode erzeugt werden, auf etwa 10 kV oder weniger (um Schäden an der Probe zu vermeiden) beschleunigt werden und die Probe mit den nicht konvergierten Ionen bestrahlt wird, um Probenatome von der Probenoberfläche abzusputtern.
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Das Ausmaß der Abtragung beim Bestrahlen der Probe mit dem Ionenstrahl hängt von der Zusammensetzung der Probe, dem Einstrahlwinkel des Ionenstrahls, der Kristallorientierung der Probe und der Beschleunigungsspannung der Ionen ab. Wenn die Probe so angeordnet wird, daß der Einstrahlwinkel des Ionenstrahls 90 Grad beträgt, kann die Abhängigkeit des Ausmaßes der Abtragung von der Zusammensetzung der Probe verringert werden, und es kann auch eine Mehrlagenschicht aus mehreren Komponenten gut geglättet werden.
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Damit bei der Bestrahlung der Probe mit dem Ionenstrahl keine andere Position außerhalb der Zielposition für das Ionenätzen mit dem Ionenstrahl bestrahlt wird, wird in der Einstrahlrichtung des Ionenstrahls (Ionenquellenseite = Ionenkanonenseite) an der Zielposition der Probe für die Bearbeitung eine Platte (im folgenden auch „Abschirmung“ oder Maske“ genannt) angeordnet. Die Probe steht an der Platte um einige hundert Mikrometer oder weniger vor, und bei der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl wird der vorstehende Probenabschnitt physikalisch zerstäubt und abgetragen, wodurch eine glatte Probenoberfläche erhalten wird.
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Die Patent-Druckschrift 1 beschreibt eine Vorrichtung, bei der zum genauen Festlegen des Bearbeitungsbereichs (des Bereichs der Probe, der dem Ionenstrahl ausgesetzt ist) ein Mikrometer zum Einstellen der Maskenposition vorgesehen ist.
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Eine Maske zur Verwendung in einer Ionenätzvorrichtung mit Ionenätz-Probentisch ist in der Patent-Druckschrift 2 beschrieben.
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Liste der zitierten Druckschriften
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Patent-Druckschriften
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Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
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Technisches Problem
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Die Probe, die dem Ionenätzen unterworfen werden soll, ist zum Beispiel eine Probe für ein Elektronenmikroskop und häufig sehr klein und empfindlich. Das in der Patent-Druckschrift 1 beschriebene Mikrometer ist ein Werkzeug, das für die Festlegung des Bearbeitungsbereichs einer solchen kleinen Probe geeignet ist. Der Aufbau dafür wird jedoch um so komplizierter, je kleiner die Probe ist. Durch die erforderliche Mikroskala wird der Probenhalter größer, und die Arbeit im begrenzten Raum wird schwieriger.
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Im folgenden wird eine Ionenätzvorrichtung mit einem Probenhalter beschrieben, mit dem der Bearbeitungsbereich bei einem einfachen Aufbau mit hoher Genauigkeit festgelegt werden kann.
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Lösung des Problems
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Zur Lösung der obigen Aufgabe wird im folgenden eine Ionenätzvorrichtung vorgeschlagen, die umfaßt: Eine Ionenquelle zum Bestrahlen einer Probe mit einem Ionenstrahl und eine Probenbühne, die in einer Vakuumkammer angeordnet ist, für die Probe, die mit dem Ionenstrahl bestrahlt wird, wobei ein Probenhalter zum Halten der Probe und eine Maske zum teilweisen Beschränken der Bestrahlung der Probe mit dem Ionenstrahl vorgesehen sind, wobei der Probenhalter eine erste Kontaktfläche, die mit der Endfläche der Probe in Kontakt steht, die sich an der Durchgangsseite des Ionenstrahls befindet, und eine zweite Kontaktfläche aufweist, die mit einer Endfläche der Maske derart in Kontakt steht, daß sich die Maske an einer Stelle befindet, die vom Ionenstrahl weiter weg ist als die erste Kontaktfläche.
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Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
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Mit der obigen Ausgestaltung enthält die Ionenätzvorrichtung einen Probenhalter, mit dem bei einem einfachen Aufbau der Bearbeitungsbereich mit hoher Genauigkeit eingestellt werden kann.
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Figurenliste
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- Die 1 ist eine Darstellung eines Beispiels für einen Probentisch.
- Die 2 ist eine Darstellung eines Beispiels für die Befestigung einer Probe am Probentisch.
- Die 3 ist eine Darstellung eines Beispiels für einen Probenhalter, bei dem die Probe und ein Abschirmung (eine Maske) am Probentisch angebracht sind.
- Die 4 zeigt ein anderes Beispiel für einen Probenhalter.
- Die 5 ist eine Darstellung der Einzelheiten des Probenhalters.
- Die 6 zeigt schematisch den Aufbau einer Ionenätzvorrichtung in einer Seitenansicht.
- Die 7 zeigt schematisch den Aufbau der Ionenätzvorrichtung in der Aufsicht.
- Die 8 zeigt schematisch die Positionsbeziehungen zwischen der Bahn des Ionenstrahls, der Probe und einer Maske beim Ionenätzen.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Für das Ausmaß der Exposition (des Bearbeitungsbereichs) einer Probe für den Ionenstrahl in einer Ionenätzvorrichtung gibt es ein Einstellverfahren zum Einstellen des vorgesehenen Ausmaßes für die Exposition durch einen Präzisions-Feinbewegungsmechanismus wie einem Mikrometer in wenigstens einer Richtung (einer Achse), bei dem die am Probentisch befestigte Probe und die an der Ionenstrahl-Einstrahlseite der Probe angeordnete Abschirmung voneinander unabhängig sind. Der Aufbau der Probenhalters ist dabei jedoch kompliziert, es sind viele Komponenten erforderlich, und die Außendurchmesser sind groß, so daß die Probe nicht mit einem Rasterelektronenmikroskop betrachtet werden kann, während die Probe am Probenhalter angebracht bleibt (im folgenden mit „gemeinsamer Probenhalter“ usw. bezeichnet). Außerdem sind die Herstellungskosten hoch.
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Mit der vorliegenden Ausführungsform wird daher ein Probenhalteraufbau vorgeschlagen, bei dem an der Oberfläche eines Probentisches zum Befestigen der Probe, an der die Probe angeordnet wird, ein Vorsprung zum Halten einer Endfläche der zu bearbeitenden Probe und ein Vorsprung zum Halten einer Endfläche der Abschirmung vorgesehen sind. Die relativen Positionen der einzelnen Vorsprünge werden vorab so bemessen und festgelegt, daß die Probe bei der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl das vorgesehene Ausmaß der Exposition aufweist.
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In einem Teil des Vorsprungs zum Halten der Endfläche der zu bearbeitenden Probe ist eine Nut ausgebildet, und der Probenhalter wird nicht direkt mit dem Ionenstrahl bestrahlt, der die Probe durchsetzt. Bei diesem Aufbau kann die Abschirmung direkt am Probenhalter angebracht werden, wobei sich die Probe zwischen der Abschirmung und dem Probentisch befindet.
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Auch hat die äußere Form des Probenhalters zum Beispiel einen Durchmesser von 70 mm oder weniger, so daß der Probenhalter auch bei einem Rasterelektronenmikroskop verwendet werden kann. Am Probenhalter kann in Abhängigkeit von der vorgesehenen Verwendung eine Abdeckung zum Verschließen der Probe auf dem Probentisch gegen die Außenluft angebracht werden. Auch in diesem Fall hat die äußere Form des Probenhalters einschließlich der Abdeckung eine Abmessung von etwa 70 mm Durchmesser mal 60 mm Höhe oder weniger, so daß der Probenhalter auch bei einem Rasterelektronenmikroskop verwendet werden kann.
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Bei dem beschriebenen Aufbau ist es nicht erforderlich, die Abschirmung mit einem Präzisions-Feinbewegungsmechanismus wie einem Mikrometer mit einer unabhängigen Richtung (einer Achse) oder mehr einzustellen, der Aufbau ist einfach, die Anzahl der Komponenten ist klein, und die äußeren Abmessungen können verringert werden. Der Probenhalter kann auch bei einem Rasterelektronenmikroskop verwendet werden und dabei die Probe am Probenhalter angebracht bleiben.
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Im folgenden wird ein spezieller Aufbau beschrieben. Die 1 zeigt ein Beispiel für den Probenhalter für eine Probe, die mit einem Ionenstrahl bearbeitet werden soll. An einem Probentisch 1 werden vorab ein Probenendflächen-Anschlagvorsprung 2 und ein Abschirmungsendflächen-Anbringungsvorsprung 3 angebracht, die eine genaue Positionierung einer Probenendfläche ermöglichen. Die 2 zeigt ein Beispiel, bei dem eine Probe 4 am Probentisch 1 angebracht ist. Eine Endfläche der Probe 4 steht mit dem Probenendflächen-Anschlagvorsprung 2 des Probentisches 1 in engem Kontakt. Die 3 zeigt ein Beispiel für die Anbringung der Abschirmung nach dem Anordnen der Probe 4 auf dem Probentisch 1. Nach dem Anordnen der Probe 4 auf dem Probentisch 1 wird der Probentisch 1 so an einem Probenhalter 5 befestigt, daß eine Endfläche einer Abschirmung 6, die vorab am Probenhalter 5 angebracht wurde, mit dem Abschirmungsendflächen-Anbringungsvorsprung 3 am Probentisch 1 in engen Kontakt kommt.
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Die relative Position der Vorsprünge wird vorab so festgelegt, daß die Bestrahlung der Probe mit dem Ionenstrahl dem vorgesehenen Ausmaß der Exposition entspricht. Im Ergebnis kann die Probe mit verschiedenen Ausmaßen der Exposition angeordnet werden. Da das Ausmaß der Exposition der Probe vorgegeben ist, ist es nicht erforderlich, die Abschirmung zu bewegen. Auch ist es nicht erforderlich, die Probe mit einem leitenden Klebeband oder einer leitenden Paste am Probentisch zu befestigen.
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Wie beschrieben weist die erste Ausführungsform das Merkmal auf, daß die Probe mit einem gegebenen Ausmaß der Exposition angeordnet wird, ohne daß ein Feinbewegungsmechanismus für eine unabhängige Abschirmung am Probenhalter oder an der Probenbühne der Ionenätzvorrichtung vorgesehen wird.
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Anhand der 4 wird nun eine zweite Ausführungsform beschrieben. Die 4 zeigt ein Beispiel für das Verschließen des Probenhalters 5 gegen die Außenluft. Der Probenhalter 5 hat einen Aufbau, der das Anbringen einer Abdeckung 7 daran ermöglicht. Die Abdeckung 7 enthält ein Abdichtmaterial 8, so daß das Innere des Probenhalters 5 mit Hilfe des Abdichtmaterials 8 gegen die Außenluft verschlossen werden kann. Die Abdeckung 7 wird in einer evakuierten Probenkammer oder einer evakuierten Probenaustauschkammer in der Ionenätzvorrichtung oder dem Rasterelektronenmikroskop entfernt, wodurch die Probe bearbeitet und anschließend betrachtet werden kann, ohne daß die Probe mit der Außenluft in Kontakt kommt.
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Die 6 und 7 zeigen den Aufbau der Ionenätzvorrichtung. An einer Seitenfläche einer Vakuumkammer 606 sind eine Ionenquelle 601 und eine Probenbühne 605 angebracht. Die 6 ist eine Seitenansicht und die 7 eine Aufsicht auf die Ionenätzvorrichtung.
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An einer Probenbasiseinheit 603 ist ein Probenhalter-Feinbewegungsmechanismus 604 angebracht. Beim Zusammensetzen wird die Unterseite des Probenhalter-Feinbewegungsmechanismusses 604 mit der Oberseite der Probenbasiseinheit 603 in Kontakt gebracht und mit einer Schraube und dergleichen befestigt. Der Probenhalter-Feinbewegungsmechanismus 604 ist so aufgebaut, daß er bezüglich der optischen Achse (in der 6 die Richtung senkrecht zur Papierebene) des Ionenstrahls mit einem beliebigen Winkel gedreht bzw. gekippt werden kann, wobei die Drehkipprichtung und der Kippwinkel von einer nicht gezeigten Steuervorrichtung gesteuert werden. Der Probenhalter-Feinbewegungsmechanismus 604 wird so gedreht bzw. gekippt, daß eine Probe 502 am Probenhalter-Feinbewegungsmechanismus 604 bezüglich der optischen Achse des Ionenstrahls unter einem gegebenen Winkel angeordnet wird. Mit der Probenbühne 605 kann ein Probenhalter 501 zusätzlich zu der Kippdrehbewegung in einer Richtung parallel zur Papierebene gekippt werden, die senkrecht zur Drehachse der Kippdrehbewegung ist. Die Kippbewegung (das Kippen um die in der 6 gestrichelt dargestellte Drehachse) des Probenhalter-Feinbewegungsmechanismusses 604 ist dafür vorgesehen, um die Kippbewegung in einem Abschnittbearbeitungsmodus bei der Bearbeitung eines Abschnitts der Probe kontinuierlich durchzuführen. Der Probenhalter-Feinbewegungsmechanismus 604 ist außerdem so aufgebaut, daß er von vorne nach hinten und von einer Seite zur anderen in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse des Ionenstrahls, das heißt in der X-Richtung und der Y-Richtung, beweglich ist.
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Die Probenbasiseinheit 603 ist über die Probenbühne 605 (den Drehmechanismus) an einem Flansch 607 angebracht, der einen Teil der Behälterwand der Vakuumkammer 606 darstellt. Wenn der Flansch 607 längs einer Linearführung 608 weggezogen wird und die Vakuumkammer 606 im Atmosphärenzustand geöffnet wird, wird auch die Probenbasiseinheit 603 aus der Vakuumkammer herausgezogen. Auf diese Weise entsteht ein Probenbühnen-Herausziehmechanismus. Während der Bearbeitung mit dem Ionenstrahl ist der Flansch 607 geschlossen, und mit einem Vakuumerzeugungssystem 609 erfolgt eine Evakuierung.
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Die 6 und 7 zeigen den Aufbau einer Ionenätzvorrichtung, die sowohl eine Querschnittbearbeitung als auch eine Ebenenbearbeitung ausführen kann. An der Oberseite der Vakuumkammer 606 sind ein Beobachtungsfenster 610 und ein entfernbarer Verschluß 611 angebracht. Mit dem Verschluß 611 wird verhindert, daß abgesputterte Teilchen am Beobachtungsfenster 610 angelagert werden. Die Vakuumkammer 606 hat eine Kastenform, die einen Raum zum Ausbilden einer normalen Vakuumatmosphäre bildet, oder sie hat eine Form, die auf einem Kasten basiert. Das Beobachtungsfenster ist über dem Kasten angebracht (in der Richtung, die der Richtung der Gravitationskraft in einer Gravitationsumgebung entgegengesetzt ist). Die Ionenquelle ist an einer Seitenwand des Kastens angebracht (in einer Ebene, die an die Oberseite des Kastens in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Gravitationskraft angrenzt). Das heißt, daß das Beobachtungsfenster in einer Wandfläche der Vakuumkammer in einer Richtung angebracht ist, die zur Kippachse der Probenbühne senkrecht ist und in der Ebene der Einstrahlachse des Ionenstrahls liegt. Wie später noch beschrieben, kann außer einem vakuumdichten Fenster in der Öffnung des Beobachtungsfensters auch ein optisches Mikroskop oder ein Elektronenmikroskop angebracht werden.
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Die 8 zeigt die Positionsbeziehungen zwischen der optischen Achse 801 des Ionenstrahls, der Probe 502 und einer Maske 503 bei der Querschnittbearbeitung. Die Drehachse 802 entspricht der gestrichelten Linie in der 6. Der Probenhalter-Feinbewegungsmechanismus 604 führt eine kontinuierliche Kippbewegung um die Drehachse 802 als Mittelpunkt aus. In diesem Zustand wird die Probe zur Querschnittbearbeitung mit dem Ionenstrahl bestrahlt.
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Anhand der 5 wird der Aufbau des Probenhalters 501 beschrieben, der am Probenhalter-Feinbewegungsmechanismus 604 angebracht ist. In der 5 ist der Flanschabschnitt des Probenhalters 5 in der 4 weggelassen. Wenn der Probenhalter 501 am Probenhalter-Feinbewegungsmechanismus 604 angebracht ist, befindet sich der Ionenstrahl-Einstrahlabschnitt 508 an der Oberseite. Bei dem Probenhalter 501 wird die mit dem Ionenstrahl zu bearbeitende Probe 502 und die die Abschirmung bildende Maske 503 gegen den Probenhalter 501 gedrückt. Die Maskenbefestigungsknöpfe 505 sind mit einem Gewinde versehen und werden gedreht, um Maskendruckelemente 504 nach unten zu drücken.
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Gesehen aus der Ionenstrahl-Einstrahlrichtung steht die Probe 502 teilweise über die Maske 503 vor. Der Ionenstrahl wird auf den Ionenstrahl-Einstrahlabschnitt 508 gerichtet, um den Querschnitt der Probe zu bearbeiten.
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Bei dem vorliegenden Beispiel umfaßt der Probenhalter 501 einen Probenkontaktabschnitt 506 und einen Maskenkontaktabschnitt 507. Die Kontaktflächen 509 (erste Kontaktflächen) mit der Probe sind näher auf der Seite des Ionenstrahl-Durchgangswegs ausgebildet als die Kontaktflächen 510 (zweite Kontaktflächen) mit der Maske, so daß sich die Probe 502 näher an der Mitte der optischen Achse des Ionenstrahls befindet als die Endfläche der Maske 503 auf der Ionenstrahl-Durchgangsseite. Der Abstand zwischen den beiden Kontaktflächen 509 und der Probe bildet eine Ionenstrahl-Durchgangsöffnung, und zwischen den beiden Kontaktflächen 509 gibt es eine Lücke, die das Vorhandensein einer Durchgangsöffnung für den Ionenstrahl beim Kontakt mit den Enden der Probe 502 und der Maske 503 sicherstellt. Im Probentisch, auf dem die Probe 502 angeordnet ist, ist eine Öffnung 511 (eine Nut) ausgebildet, damit die Probe 502 nicht direkt mit dem Ionenstrahl bestrahlt wird.
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Mit dem obigen Aufbau, der eine Öffnung sicherstellt, durch die der Ionenstrahl verlaufen kann, während die einzelnen Bereiche mit der Endfläche der Probe, die mit dem Ionenstrahl bestrahlt wird, bzw. der Endfläche der Maske in Kontakt stehen, können die Maske und die Probe angebracht werden, ohne daß eine genaue Einstellung der Position erforderlich ist. Insbesondere ergibt sich bei der vorliegenden Ausführungsform eine Lücke P zwischen den Kontaktflächen 509 der Probe und der Kontaktfläche 510 der Maske in einer Richtung senkrecht zur Einstrahlrichtung des Ionenstrahls, so daß sich ein großer Bearbeitungsbereich ergibt, wobei die Lücke P festgelegt werden kann, ohne daß eine genaue Einstellung erforderlich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 501
- Probenhalter
- 502
- Probe
- 503
- Maske
- 504
- Maskendruckelement
- 505
- Maskenbefestigungsknopf
- 506
- Probenkontaktabschnitt
- 507
- Maskenkontaktabschnitt
- 508
- Ionenstrahl-Einstrahlabschnitt
- 509, 510
- Kontaktfläche
