DE112015003192T5

DE112015003192T5 - lonenstrahlvorrichtung und lonenstrahlbestrahlungsverfahren

Info

Publication number: DE112015003192T5
Application number: DE112015003192.8T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Matsubara; Yoshimi Kawanami; Hiroyasu Shichi; Tomihiro Hashizume
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2014-08-06
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2017-03-30
Also published as: US20170229277A1; WO2016021484A1; JP6272177B2; JP2016038956A; US10211022B2

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrifft das Bereitstellen einer Gasfeldionisationsquelle, in der ein Ionenstrahlstrom für eine lange Zeit stabil ist. Eine Gasfeldionisationsquelle bedingt eine Instabilität eines Wasserstoffgasionenstrahlstroms wegen eines Fremdstoffgases. Eine Lösung dieses Problems wird durch eine Ionenstrahlvorrichtung erreicht, die mit einer Feldionisationsquelle ausgestattet ist, die einer Kammer Gas zuführt, das Gas ionisiert und einen Ionenstrahl auf eine Probe anwendet, die Folgendes enthält: eine Emitterelektrode, die einen nadelähnlichen Endpunkt aufweist; eine Kammer, in der die Emitterelektrode eingebaut ist; eine Gaszuführeinheit, die der Kammer Gas zuführt; eine Kühleinheit, die mit der Kammer verbunden ist und die Emitterelektrode kühlt; eine Ablasseinheit vom Auslasstyp, die Gas innerhalb der Kammer ablässt, und eine Ablasseinheit vom Fallentyp, die Gas innerhalb der Kammer ablässt, wobei der Ablassleitwert der Ablasseinheit vom Auslasstyp größer ist als der Ablassleitwert der Ablasseinheit vom Fallentyp.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ionenstrahlvorrichtung und ein Ionenstrahlbestrahlungsverfahren.
Hintergrund
Eine äußere Struktur einer Probe kann beobachtet werden, indem ein Strahl von Elektronen durch eine elektromagnetische Linse fokussiert wird, eine Probe mit dem fokussierten Strahl von Elektronen abgetastet und bestrahlt wird und durch Sekundärelektronen gebildete geladene Partikel, die von der Probe emittiert werden, detektiert werden. Dies wird ein Rasterelektronenmikroskop genannt. Auf der anderen Seite kann eine äußere Struktur einer Probe auch beobachtet werden, indem ein Strahl von Ionen durch eine elektromagnetische Linse fokussiert wird, eine Probe mit dem Strahl von Ionen abgetastet und bestrahlt wird und sekundäre geladene Partikel, die von der Probe emittiert werden, detektiert werden. Dies wird ein Rasterionenmikroskop genannt (nachstehend als SIM abgekürzt).
Als eine Ionenquelle für die Verwendung in einem SIM wird es bevorzugt, eine Gasfeldionisierungsquelle zu verwenden (nachstehend als GFIS abgekürzt).
In einem SIM, das die GFIS verwendet, ist es, um ein Probebild mit verringertem Rauschen zu erhalten, notwendig, einen Ionenstrahl zu erhalten, der eine große Stromdichte auf eine Probe aufweist. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, eine Winkelstromdichte der Ionenemission der Feldionisierungsquelle zu erhöhen. Um die Winkelstromdichte der Ionenemission zu erhöhen, wird es zweckdienlich sein, die Dichte des ionisierten Gases in der Nähe der Emitterspitze zu erhöhen.
Dann werden durch Abkühlen der Temperatur der Emitterspitze auf eine niedrige Temperatur Moleküle des ionisierten Gases, die gegen die Emitterspitze schlagen, zusammengeballt, wenn ihre Energie abnimmt, weshalb die Dichte der Moleküle des ionisierten Gases erhöht werden kann. Als Mittel zum Kühlen der Emitterspitze wird eine mechanische Kältemaschine bevorzugt.
Selbstverständlich kann die Dichte des ionisierten Gases in der Nähe der Emitterspitze erhöht werden, indem der Druck des ionisierten Gases, das in einen Raum um die Emitterspitze eingeführt wird, erhöht wird. Die Gaseinführung mit 1 Pa oder mehr verursacht jedoch ein Problem, bei dem sich der Ionenstrahl aufhebt, indem er mit dem ionisierten Gas kollidiert, und der Ionenstrahlstrom nimmt ab oder eine Glimmentladung tritt auf. Um dieses Problem zu lösen, ist es bekannt, dass die Winkelstromdichte der Ionenemission durch Einengen eines Gasionisationsgebiet, indem eine vorstehende Spitze mit einigen Atomen an dem Endpunkt der Emitterspitze gebildet wird, und durch effiziente Ionisation des ionisierten Gases, das in einer eingeschränkten Quantität zugeführt wird, erhöht wird.
Patentliteratur 1 offenbart ein Beispiel einer Emissionskanone geladener Partikel, in der das Reinigen einer Spitze durchgeführt werden kann, ohne die Emissionskanone geladener Partikel für eine lange Zeit auszuschalten und ohne die Spitze zu erwärmen.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: WO212/086419

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Anwendung einer GFIS zum Ionisieren eines Wasserstoffgases, das in der Masse kleiner ist als ein Heliumgas und für die Verwendung bei der Beobachtung auf einem Mikroskop mit geladenen Teilchen geeignet ist, wirft Probleme auf, die unten diskutiert werden. Für eine Gasfeldionisationsquelle ist es notwendig, ionisiertes Gas in einen Raum in der Nähe der Emitterspitze einzuführen, wie zuvor erwähnt ist. Wenn ein Fremdstoffgas in dieses ionisierte Gas gemischt ist, ist es möglich, dass die Fremdstoffgasmoleküle an der Emitterspitze in der Umgebung ihres Endpunkts adsorbieren oder von dort desorbieren. Oder dann, wenn der Grad des Unterdrucks in einem Raum, in dem sich die Spitze befindet, niedrig ist, ist es möglich, dass ein Fremdstoffgas, das intrinsisch in dem Raum existiert, an der Emitterspitze in der Umgebung ihres Endpunkts adsorbiert oder von dort desorbiert.
Eine derartige Adsorption und Desorption von Molekülen verursacht eine Deformation der Gestalt des Endpunkts der Emitterspitze und eine Änderung eines elektrischen Felds in der Umgebung des Endpunkts. Die Änderung des elektrischen Felds führt zu einer Änderung des Ionenstrahlstroms. Als ein weiteres Problem gibt es einen Einfluss auch in einem Fall, in dem ein Fremdstoff an einen Abschnitt der Emitterspitze, der ein anderer als ihr Endpunkt ist, adsorbiert und von dort desorbiert. Ein Abschnitt, an den ein Fremdstoffgas adsorbiert ist, wölbt sich nach Maßgabe der Dicke einer Fremdstoffgasablageschicht, weshalb sein elektrisches Feld höher als jenes anderer Abschnitte ist und es möglich ist, dass eine Ionenstrahlemission von diesem Abschnitt auftritt. Wenn die Ionenstrahlemission von dem Abschnitt auftritt, an den ein Fremdstoffgas adsorbiert ist, wird eine Quantität von ionisiertem Gas, die der Menge der Ionenstrahlemission entspricht, an diesem Abschnitt verbraucht. Als Folge gibt es eine Verringerung der Menge von ionisiertem Gas, das den Atomen zugeführt wird und hauptsächlich als Ionenquelle verwendet wird. Dies führt zu einer Änderung des Ionenstrahlstroms.
In einem Fall, in dem Helium als Gas verwendet wird, das wegen der hohen Ionisationsenergie von Helium für die GFIS eingeführt wird, sollte das elektrische Feld an dem Endpunkt einer Emitterspitze relativ hoch sein. Wenn das elektrische Feld an dem Endpunkt der Emitterspitze hoch ist, wird ein Fremdstoffgas ionisiert, bevor es sich dem Endpunkt nähert und wird nicht imstande sein, an der Spitze zu adsorbieren.
In einem Fall, in dem jedoch Wasserstoff, das eine kleinere Ionisationsenergie als Helium aufweist, als Gas verwendet wird, das für die GFIS eingeführt wird, wird der oben erwähnte Einfluss eines Fremdstoffgases bedeutend. Das elektrische Feld an der Emitterspitze zum Ionisieren des Gases ist klein und Fremdstoffgasmoleküle nähern sich leicht der Spitzenoberfläche an und ihre Adsorption und Desorption tritt auf; deshalb gibt es große Schwierigkeiten für einen stabilen Betrieb.
Eine sogenannte Unterdruckablasseinheit vom Fallentyp ist effektiv, um ein Fremdstoffgas um die Emitterspitze herum zu verringern. Als eine Unterdruckablasseinheit vom Fallentyp sind eine Kryopumpe, eine Titan-Sublimationspumpe, eine nicht verdampfbare Getterpumpe, etc. verfügbar. Die obige Unterdruckablasseinheit ist imstande, ein Fremdstoffgas abzulassen, und kann die Menge von Fremdstoffgas um die Emitterspitze verringern.
Da die obige Unterdruckablasseinheit jedoch auch eine große Ablasskapazität für Wasserstoff aufweist und ihre Ablassgeschwindigkeit nicht immer konstant ist, wirft ihre Verwendung ein Problem auf, bei dem der Wasserstoffdruck um den Emitter mit der Variation der Ablassgeschwindigkeit variiert und folglich die Menge des Stroms eines Wasserstoffionenstrahls variiert. Somit muss dann, wenn eine Gasfeldionisationsquelle aktiv ist, das heißt, wenn Wasserstoffgas in einen Raum um die Emitterspitze eingeführt wird, der Unterdruckablass des Raum um das Emitterplättchen unter Verwendung der obigen Mittel vordem nicht betrachtet werden. Dies ist so, weil in dem Fall eines Heliumgases, das vordem verwendet wurde, die Unterdruckablasseinheit vom Fallentyp einen niedrigen Einfluss auf das Helium aufweist, was das Bewirken des Adsorptionsvorgangs betrifft. Aber im Fall eines Wasserstoffgases oder eines Stickstoffgases weist die obige Einheit einen Einfluss sowohl auf ein Gas der Ionensorte als auch ein Fremdstoffgas, was das Bewirken des Adsorptionsvorgangs betrifft, und der Einfluss auf ein Gas der Ionensorte ist nicht vernachlässigbar.
In einer Struktur von Patentliteratur 1 ist, um desorbierte Moleküle zu entfernen, die aus den verbleibenden Gasmolekülen hervorgehen, die unausweichlich in einer Unterdruckatmosphäre in einem Unterdruckfall existieren, eine Struktur, in der ein plättchenförmiges Umfangselement, das eine Elektronenquelle bei einer extrem niedrigen Temperatur ist, gemacht ist, um die desorbierten Molekülen in dem gleichen Vorgang wie eine Kryopumpe für die Entfernung der desorbierten Moleküle einzufangen, offenbart. Es gibt jedoch keine Offenbarung von Mitteln, die eine Unterdruckablasseinheit steuert, die Gas ablässt, um eine Quantität von Gas abzulassen und selektiv nur ein bestimmtes Gas abzulassen.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung löst das oben erwähnte Problem durch Konfigurieren einer Gasfeldionisationsquelle für Gas, das als Wasserstoff und Stickstoff typisiert ist, wie unten beschrieben ist.
Gemäß einem Beispiel befindet sich die vorliegende Erfindung in einer Ionenstrahlvorrichtung, die mit einer Feldionisationsquelle ausgestattet ist, die einer Kammer Gas zuführt, das Gas ionisiert und einen Ionenstrahl auf eine Probe anwendet, und die Folgendes umfasst: eine Emitterelektrode, die einen nadelähnlichen Endpunkt aufweist; eine Kammer, in der die Emitterelektrode eingebaut ist; eine Gaszuführeinheit, die der Kammer das Gas zuführt; eine Kühleinheit, die mit der Kammer verbunden ist und die Emitterelektrode kühlt; eine Ablasseinheit vom Auslassstyp, die Gas innerhalb der Kammer ablässt, und eine Ablasseinheit vom Fallentyp, die Gas innerhalb der Kammer ablässt. Die Ionenstrahlvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Auslassleitwert der Ablasseinheit vom Auslasstyp größer ist als der Ablassleitwert der Ablasseinheit vom Fallentyp.
Gemäß einem weiteren Beispiel befindet sich die vorliegende Erfindung in einem Ionenstrahlbestrahlungsverfahren, das einen Bestrahlungsschritt zum Anwenden auf eine Probe eines Ionenstrahls, der durch Ionisieren von eingeführtem Gas erzeugt wird, umfasst, wobei das Ionenstrahlbestrahlungsverfahren Folgendes enthält: einen Kühlschritt zum Kühlen einer Emitterelektrode, die einen nadelähnlichen Endpunkt aufweist, durch eine Kühleinheit; einen Zuführschritt zum Zuführen von Gas zu einem Raum in der Nähe der Emitterelektrode; einen Ablassschritt vom Auslasstyp zum Ablassen von Gas innerhalb der Kammer unter Verwendung einer Ablasseinheit vom Auslasstyp; einen Ablassschritt vom Fallentyp zum Ablassen von Gas innerhalb der Kammer unter Verwendung einer Ablasseinheit vom Fallentyp, die von der Ablasseinheit vom Auslasstyp verschieden ist; einen Messschritt zum Messen des Drucks in der Nähe der Emitterelektrode unter Verwendung eines Drucksensors und einen Gasdurchflussmengensteuerschritt zum Steuern der Menge des Gases, das in dem Zuführschritt zugeführt wird, und der Menge des Gases, das in dem Ablassschritt vom Auslasstyp abgelassen wird, auf der Grundlage eines Messergebnisses, das durch den Messschritt gemacht wird. Das Ionenstrahlbestrahlungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdurchflussmengensteuerschritt durchgeführt wird, um den Ablassleitwert der Ablasseinheit vom Auslasstyp größer als den Ablassleitwert der Ablasseinheit vom Fallentyp zu halten.
Gemäß einem nochmals weiteren Beispiel befindet sich die vorliegende Erfindung in einer Ionenstrahlvorrichtung, die mit einer Feldionisationsquelle ausgestattet ist, die einer Kammer Gas zuführt, Gas ionisiert und einen Ionenstrahl auf eine Probe anwendet und gekennzeichnet ist durch Umfassen: einer Emitterelektrode, die einen nadelähnlichen Endpunkt aufweist; einer Kammer, in der die Emitterelektrode eingebaut ist; einer Gaszuführeinheit, die der Kammer das Gas zuführt; einer Kühleinheit, die mit der Kammer verbunden ist und die Emitterelektrode kühlt; eines kryogenen Elements, das von der Kühleinheit über einen Wärmeübertragungsabschnitt mit der Kammer verbunden ist und mindestens zwei oder mehr Gassorten, d. h. eine Gassorte, aus der der Ionenstrahl erzeugt ist, und eine Gassorte, die eine andere ist als die Gassorte, aus der der Ionenstrahl erzeugt wird, adsorbiert; einer Heizung, die mit dem kryogenen Element verbunden ist, und einer Temperatursteuereinheit, die die Temperatur der Heizung steuert.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Menge von einem Fremdstoffgas um die Emitterspitze verringert und die Stabilität eines Ionenstrahls gesteigert. Zudem wird der Druck eines Gases einer Ionensorte um die Emitterspitze stabil und die Stabilität eines Ionenstrahls ist gesteigert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein übergreifendes schematisches Strukturdiagramm einer Gasfeldionisationsquelle.
2 ist ein schematisches Strukturdiagramm von einer Gasdurchflussmengensteuerseite der Gasfeldionisationsquelle.
3 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer Seite des Kühlmechanismus der Gasfeldionisationsquelle.
Beschreibung der Ausführungsformen
Zunächst wird eine Ausführungsform beschrieben, die für die vorliegende Erfindung repräsentativ ist. Es wird jedoch anerkannt werden, dass eine Struktur der Erfindung der vorliegenden Anmeldung, die eine andere ist als die, die in dem Folgenden beschrieben ist, anwendbar ist, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Als erstes wird unten eine GFIS (Feldionisationsquelle) behandelt. Eine Hochspannung wird an eine Emitterspitze angelegt, die aus Metall gemacht ist und deren Endpunkt einen Krümmungsradius von ungefähr 100 nm oder weniger aufweist, und ein elektrisches Feld ist auf dem Endpunkt zentralisiert. Wenn Gas, das zu ionisieren ist, in einen Raum in der Nähe der Emitterspitze eingeführt wird, ionisiert das elektrische Feld Moleküle des Gases und ein Ionenstrahl wird herausgezogen. Die GFIS kann einen Ionenstrahl erzeugen, dessen Energiebreite schmaler ist im Vergleich mit anderen Ionenquellen. Die GFIS kann auch einen feineren Ionenstrahl erzeugen, weil die Ionenerzeugungsquelle in der Größe kleiner ist als andere Ionenquellen.
Nun werden Ionensorten, die für die Oberflächenbeobachtung verwendet werden, beschrieben. Ionensorten, deren Masse leicht ist, wie Wasserstoff und Helium, werden bevorzugt. Dies ist so, weil für Ionensorten, deren Masse leicht ist, die Intensität ihres Vorgangs des Zerstäubens der Oberfläche einer Probe klein ist und der Schaden an der Oberfläche einer Probe minimiert werden kann. Ein Strahl dieser Ionen weist das Merkmal auf, das er empfindlicher für Informationen der Oberfläche einer Probe ist als ein Elektronenstrahl. Dies ist so, weil dann, wenn ein Wasserstoff- oder Heliumion auf die Oberfläche einer Probe trifft, ein Gebiet von angeregten sekundären geladenen Partikeln stärker an der Oberfläche einer Probe lokalisiert ist als im Vergleich mit einer Elektronenstrahlbestrahlung.
Zudem findet, weil die Natur eines Elektronenstrahls als elektronische Welle nicht vernachlässigbar ist, wegen eines Beugungseffekts Aberration statt. Auf der anderen Seite kann der Beugungseffekt für einen Ionenstrahl ignoriert werden, weil Ionen schwerer als Elektronen sind.
Umgekehrt wird das Bestrahlen einer Probe mit einer der Ionensorten, deren Masse schwer ist, typisiert durch Sauerstoff, Stickstoff, Argon, Krypton, Xenon, etc., zum Verarbeiten einer Probe durch einen Zerstäubungsvorgang bevorzugt. Unter anderen ist eine fokussierte Ionenstrahlvorrichtung, die ein flüssiges Metallion verwendet, als eine Ionenstrahlverarbeitungsvorrichtung bekannt.
In dem Folgenden wird eine erste Ausführungsform einer Gasfeldionisationsquelle mit Bezug auf 1 konkret beschrieben werden. Im Übrigen ist eine kryogene Pumpe, die hier beschrieben ist, ein Element, das einen kryogenen Effekt bewirkt, und muss nicht notwendigerweise mit einem Kühlmechanismus ausgestattet sein. Dies ist so, weil eine Übertragung kalter Luft von einem Kühlmechanismus oder dergleichen, der Gas kühlt, das in einen Raum in der Ionisationsquelle eingeführt wird, einen kryogenen Effekt bewirkt.
Die Gasfeldionisationsquelle 1 enthält eine Emitterelektrode 11, die einen nadelähnlichen Endpunkt aufweist, eine Herausziehelektrode 13, die eine Öffnung in einer Position aufweist, die der Emitterelektrode 11 zugewandt ist, eine Kühlmaschine 4, die die Emitterelektrode 11 kühlt, eine Unterdruckkammer 17, die die Emitterelektrode 11, die Herausziehelektrode 13, eine erste Stufe der Kühlmaschine und eine zweite Stufe der Kühlmaschine, die in einer Kühlmaschinenhaupteinheit 41 des Kühlmechanismus 4 enthalten sind, einschließt, eine Unterdruckablasseinheit 16 vom Auslasstyp, die mit der Unterdruckkammer 17 verbunden ist, eine Gaszuführeinheit 37, die einem Innenraum der Unterdruckkammer 17 Gas zuführt, z. B. ein Wasserstoffgas, und eine Leistungszufuhr 11, die eine Spannung zwischen die Emitterelektrode 11 und die Herausziehelektrode 13 anlegt, um ein elektrisches Feld zum Ionisieren des Gases in der Nähe des Endpunkts der Emitterelektrode 11 zu bilden.
Der Innenraum der Unterdruckkammer 17 der Gasfeldionisationsquelle wird auf einem Ultrahochunterdruck von 10^–7 Pa oder weniger gehalten, wenn ein Wasserstoffgas nicht durch den Gaseinfuhrmechanismus 37 in den Raum eingeführt wird. Um den Ultrahochunterdruckzustand innerhalb der Unterdruckkammer 17 zu erreichen, kann das Erwärmen der gesamten Unterdruckkammer 17 auf 100 Grad oder mehr, d. h. das sogenannte Ausheizen, in einem Hochfahrbetrieb der Gasfeldionisationsquelle 1 enthalten sein.
Um einen Wasserstoffionenstrahl von der Emitterspitze 11 der Gasfeldionisationsquelle 1 zu emittieren, wird als erstes eine Hochspannung zwischen die Emitterelektrode 11 und die Herausziehelektrode 13 unter Verwendung der Leistungszufuhr 111 angelegt. Der Endpunkt der Emitterspitze 11 ist angespitzt und ein elektrisches Feld ist durch das Anlegen der Hochspannung auf den Endpunkt konzentriert. In diesem Zustand wird durch Einführen des Wasserstoffgases in den Raum innerhalb der Unterdruckkammer 17 unter Verwendung der Gaszuführeinheit 37 ein Wasserstoffionenstrahl von dem Endpunkt der Emitterspitze 11 emittiert.
Um die Leuchtdichte des Wasserstoffionenstrahls zu erhöhen, ist es notwendig, die Temperatur zum Kühlen der Emitterspitze 11 durch den Kühlmechanismus 4 zu optimieren. Es ist auch erforderlich, den Druck des Wasserstoffgases, das in den Raum innerhalb der Unterdruckkammer 17 eingeführt wird, zu optimieren. Zudem ist es erforderlich, den Endpunkt der Emitterspitze 11 auf einem atomaren Niveau wie z. B. einem Atom, drei Atomen oder sieben Atomen abzuschließen.
Um den Endpunkt der Emitterspitze 11 auf einem atomaren Niveau anzuspitzen, kann ein Verfahren, das das Erwärmen der Emitterspitze 11 umfasst, verwendet werden. Ebenso kann, um den Endpunkt der Emitterspitze 11 anzuspitzen, ein Verfahren, das Gas wie z. B. O₂ oder N₂ in den Raum innerhalb der Unterdruckkammer 17 einführt, während die Emitterspitze 11 erwärmt wird, verwendet werden. Ebenso kann, um den Endpunkt der Emitterspitze 11 anzuspitzen, ein Verfahren, das Gas wie z. B. O₂ oder N₂ in den Raum innerhalb der Unterdruckkammer 17 einführt, während eine Hochspannung zwischen die Emitterelektrode 11 und die Herausziehelektrode 13 angelegt wird, verwendet werden. Ebenso kann die Emitterspitze 11 mit einer Nadel gemacht sein, deren primäre Komponente Wolfram ist, und nach dem Verdampfen eines Edelmetalls wie etwa Ir, Pt oder Pd auf der Oberfläche der Spitze kann ein Verfahren zum Erwärmen der Emitterspitze 11 verwendet werden.
Die Unterdruckablasseinheit 18 vom Fallentyp ist zum Beispiel eine Getterpumpe, die durch eine Titan-Sublimationspumpe oder eine nicht verdampfbare Getterpumpe typisiert ist. Eine kryogene Pumpe 414 kann anstatt der obigen Unterdruckablasseinheit 18 vom Fallentyp oder zusätzlich bereitgestellt sein. Eine derartige Unterdruckablasseinheit vom Fallentyp bewirkt einen Effekt des Verringerns der Menge eines Fremdstoffgases wie z. B. CO, CO₂ oder CH₄ innerhalb der Unterdruckkammer. Derartiges Fremdstoffgas wird eine Ursache des Destabilisierens eines Ionenstrahls 15, der von der Emitterspitze 11 der Gasfeldionisationsquelle 1 emittiert wird, wie zuvor diskutiert wurde. Die kryogene Pumpe 414 kann in jedem Teil eines Elements bereitgestellt sein, das durch den Kühlmechanismus in der Gasfeldionisationsquelle 1 gekühlt wird. Bereitstellen der kryogenen Pumpe insbesondere in einem Teil, dessen Temperatur so niedrig wie möglich ist, ermöglicht maximal effizientes Kühlen; dies erleichtert deshalb die Steuerung und ist effektiv zum Verringern des Fremdstoffgases. Wird dieser Gesichtspunkt berücksichtigt, wird in einem Beispiel von 1 ein Beispiel präsentiert, in dem die kryogene Pumpe 414 in der Nähe der zweiten Stufe 413 der Kühlmaschine angeordnet ist.
Es ist effizient, einen Initialisierungsbetrieb der Unterdruckablasseinheit 18 vom Fallentyp oder der kryogenen Pumpe 414, der Erwärmen beinhalten, auszuführen, während die Unterdruckkammer 17 durch den obigen Aufheizbetrieb auf einer hohen Temperatur gehalten wird. Die kryogene Pumpe 414 mit einer größeren Fläche der Oberfläche ist besser imstande, das obige Fremdstoffgas zu verringern. Somit kann die kryogene Pumpe 414 eine Rippenstruktur einsetzen, die mehrere metallische Platten mit guter Wärmeleitfähigkeit wie z. B. Kupfer oder Aluminium oder ein Material mit unzähligen mikroskopischen Löchern wie Aktivkohle unter anderen aufweist.
Die Unterdruckablasseinheit 18 vom Fallentyp oder die kryogene Pumpe 414 bewirken einen Effekt des Verringerns des verbleibenden Gases innerhalb der Unterdruckkammer; zur gleichen Zeit lässt sie auch Wasserstoffgas mit einer Ablassgeschwindigkeit ab, das durch den Gaseinfuhrmechanismus 37 eingeführt wird, und die Ablasskapazität einer Pumpe, die dort angeordnet ist, ist nicht konstant. Zum Beispiel nimmt die Ablassgeschwindigkeit einer nicht verdampfbaren Getterpumpe gemäß der Quantität des Wasserstoffgases, das aus der Unterdruckkammer abgelassen wird, ab. Als ein weiteres Beispiel ändert sich die Ablassgeschwindigkeit der kryogenen Pumpe abhängig von der Temperatur der kryogenen Pumpe erheblich.
Dies unterscheidet sich erheblich von dem Fall, in dem ein Heliumgas als Gas gewählt ist, aus dem ein Ionenstrahl erzeugt wird. Sowohl die nicht verdampfbare Getterpumpe als auch die kryogene Pumpe lassen Heliumgas mit einer niedrigen Geschwindigkeit ab und es kann gesagt werden, dass sie nur Gas ablassen, das ein anderes als das Heliumgas ist, nämlich das Fremdstoffgas. Weil die Geschwindigkeit, bei der diese Pumpen Helium ablassen, intrinsisch niedrig ist, gibt es nur eine kleine Änderung der Ablassgeschwindigkeit wegen Sättigung und diese Änderung weist nur einen geringfügigen Einfluss auf den Gasdruck in der Umgebung der Spitze auf. Die Abhängigkeit der Ablassgeschwindigkeit der kryogenen Pumpe von ihrer Temperatur ist für Helium sehr klein.
Aus diesem Grund war es dann, wenn Heliumgas als eine Ionensorte in einem herkömmlichen Ionenmikroskop gewählt wurde, bevorzugt, die Durchflussmenge eines Heliumgases, das durch die kryogene Pumpe eingeführt wird, so klein wie möglich zu machen. Dies ist so, weil es als bevorzugt betrachtet wurde, was das Einsparen der Menge des Gasverbrauchs betrifft und was das Verringern der Menge eines Fremdstoffgases, das von dem Gaszuführabschnitt zu der Spitze dringt, betrifft. Deshalb existiert die vorliegende Erfindung, um ein Problem zu lösen, das in einem herkömmlichen Heliumgasionenmikroskop nicht auftreten könnte.
Nun kann dann, wenn ein Wasserstoffgas als Gas gewählt wurde, aus dem ein Ionenstrahl erzeugt wird, die Änderung der Ablassgeschwindigkeit der kryogenen Pumpe vermieden werden, indem die Temperatur der kryogenen Pumpe eingestellt wird.
Es wird bevorzugt, die Temperatur der kryogenen Pumpe so zu steuern, dass sie in einen Bereich von 10 K bis 30 K fällt, um einen Fremdstoff, der ein anderer als Wasserstoff ist, zu verringern. Die kryogene Pumpe, deren Temperatur innerhalb dieses Temperaturbereichs fällt, lässt auch das Wasserstoffgas mit einer Ablassgeschwindigkeit ab, aber der Druck des Wasserstoffgases, das in den Raum innerhalb der Unterdruckkammer 17 eingeführt wird, kann stabilisiert werden, indem die Durchflussmenge und der Druck des Wasserstoffgases gesteuert werden.
Inzwischen wird es bevorzugt, die Temperatur der Emitterspitze 11 so zu steuern, dass sie in einen Bereich von 20 K bis 60 K fällt, um den Ionenstrahl 15 zu stabilisieren und die Menge des Strahlstroms zu erhöhen. Bei einer niedrigeren Temperatur innerhalb dieses Temperaturbereichs wird die Menge des Stroms des Ionenstrahls 15 höher, aber die Quantität eines Fremdstoffgases, das an dem Endpunkt der Emitterspitze 11 adsorbiert, nimmt auch zu. Wird dieser Effekt berücksichtigt, kann ein Anwender die Temperatur optional innerhalb des obigen Bereichs festlegen.
Laut der vorangegangenen Beschreibung ist es im Vergleich mit einem Fall, in dem einfach eine herkömmliche kryogene Pump eingebaut ist, möglich, eine Ablasseinheit zu verwirklichen, die einen kryogenen Effekt bewirkt, ohne einen zusätzlichen Kühlmechanismus einzubauen. Dies ist so wegen der Tatsache, dass die Erfinder Bedingungen in einer Ionenstrahlvorrichtung wie einer Feldionisationsquelle untersuchten, die speziell für eine Gassorte sind, die eine andere als ein Heliumgas ist.
Dadurch, dass eine Steuereinheit zum Durchführen einer Temperatursteuerung des kryogenen Effekts enthalten ist, um ein bestimmtes Gas zu adsorbieren, das über die Leistungsfähigkeit hinaus abgelassen wird, die einer herkömmlichen kryogenen Pumpe äquivalent ist, ist es möglich, eine stärker bevorzugte Ablassleistungsfähigkeit bereitzustellen. Dies ist auch so wegen der Tatsache, dass die Erfinder spezielle Bedingungen in einer Ionenstrahlvorrichtung wie einer Feldionisationsquelle untersuchten, die ein Wasserstoffgas unter anderen verwendet.
Nun werden Beschreibungen über eine Anordnung bereitgestellt, die voraussichtlich einen größeren Effekt durch ihre Implementation in Verbindung mit dem Durchführen der Steuerung des kryogenen Effekts, der oben beschrieben ist, bereitstellt.
Durch weitere Betrachtung der vorliegenden Erfindung durch die Erfinder wurde gefunden, dass dann, wenn ein Wasserstoffgas, das notwendig für die Emission des Ionenstrahls 15 ist, eingeführt wurde, sich die Temperatur eines gekühlten Abschnitts innerhalb der Unterdruckkammer 17 erheblich ändert. Dies ist so wegen eines Effekts des Wärmeaustauschs, der zwischen der Außenwand der Unterdruckkammer 17 und dem gekühlten Abschnitt über das eingeführte Wasserstoffgas stattfindet. Zudem ändert sich dann, wenn eine GM-Kühlmaschine als die Kühlmaschinenhaupteinheit 41 des Kühlmechanismus 4 verwendet wird, die Temperatur der zweiten Stufe 413 der Kühlmaschine mit der Kolbenbewegung der Kühlmaschine und zusammen mit dieser Änderung ändert sich auch die Temperatur der kryogenen Pumpe 414.
Eine Änderung der Geschwindigkeit des Ablassens des Wasserstoffgases durch die vorangegangene Ablasseinheit vom Fallentyp führt zu einer Änderung des Drucks des Wasserstoffgases innerhalb der Unterdruckkammer 17. Weil die Menge des Stroms des Ionenstrahls 15, die von dem Endpunkt der Emitterspitze 11 emittiert wird, proportional zu dem Wasserstoffdruck innerhalb der Unterdruckkammer 17 ist, ändert sich auch die Menge des Stroms des Ionenstrahls 15 zusammen mit der obigen Änderung des Drucks des Wasserstoffgases.
Deshalb enthält die Gasfeldionisationsquelle 1, um die obige Änderung des Wasserstoffgasdrucks zu verringern, ferner die Anordnung unten. Der Ablassleitwert der Unterdruckablasseinheit 16 vom Auslasstyp ist so festgelegt, dass sie die größte im Vergleich mit anderen Ablasseinheiten ist. Zusätzlich kann durch Ermöglichen einer unabhängigen Steuerung der Durchflussmenge und des Drucks des Wasserstoffgases, das der Unterdruckkammer 17 zugeführt wird, die Änderung des Wasserstoffgasdrucks weiter verringert werden.
Mit anderen Worten fanden die Erfinder das Folgende: durch Zuführen des Wasserstoffgases mit einer Durchflussmenge, die höher ist als die Geschwindigkeit des Ablassens des Wasserstoffgases durch die vorangegangene Unterdruckablasseinheit vom Fallentyp und Ausführen des Ablassbetriebs unter Verwendung einer weiteren stabilen Unterdruckablasseinheit, wurde es ermöglicht, das Fremdstoffgas um die Emitterspitze zu verringern, die Änderung der Ablassgeschwindigkeit der vorangegangenen Unterdruckablasseinheit vom Fallentyp zu absorbieren und den Wasserstoffdruck um die Emitterspitze zu stabilisieren. Das heißt, während der Unterdruckablass um die Emitterspitze durch die Unterdruckablasseinheit vom Fallentyp ausgeführt wird, die mit der Unterdruckkammer verbunden ist, wird auch der Unterdruckablass durch die Unterdruckablasseinheit vom Auslasstyp (z. B. eine Turbomolekularpumpe) durchgeführt, deren Ablassgeschwindigkeit vergleichsweise gleichmäßig ist und die gleichzeitig mit der Unterdruckkammer verbunden ist. In diesem Verwendungsfall muss der Ablassleitwert der Unterdruckablasseinheit vom Auslasstyp größer sein als der Ablassleitwert der Unterdruckablasseinheit vom Fallentyp.
Zum Beispiel wird es zweckdienlich sein, einen Durchflussmengeneinsteller 374 stromaufwärts einer Gasdüse 371 bereitzustellen, die mit der Unterdruckkammer 17 verbunden ist, der in der Gaszuführeinheit 37 enthalten ist, und einen Durchflussmengeneinsteller 161 zwischen der Ablasseinheit 16 vom Auslasstyp und der Unterdruckkammer 17 bereitzustellen.
Die Unterdruckablasseinheit vom Auslasstyp, die eine gleichmäßige Ablassgeschwindigkeit aufweist, sollte ausgelegt sein, einen großen Anteil des Ablassbetriebs auszuführen, wodurch ermöglicht wird, dass sie die Änderung des Wasserstoffgasdrucks in der Unterdruckkammer 17 relativ verringert, auch wenn es in gewissem Maß eine Änderung der Ablassgeschwindigkeit der Ablasseinheit vom Fallentyp gibt.
Darüber hinaus ermöglicht die Bereitstellung des Durchflussmengeneinstellers 374 und des Durchflussmengeneinstellers 161 es, den Wasserstoffgasdruck innerhalb der Unterdruckkammer 17 und die Durchflussmenge des Wasserstoffgases unabhängig festzulegen. In diesem Fall sollte dann, wenn es eine große Änderung der Ablassgeschwindigkeit der Ablasseinheit vom Fallentyp gibt, die Durchflussmenge des Wasserstoffgases auf eine hohe Rate festgelegt sein, so dass die Änderung des Drucks verringert werden kann. Wenn es aber eine kleine Änderung der Ablassgeschwindigkeit der Ablasseinheit vom Fallentyp gibt, sollte die Durchflussmenge des Wasserstoffgases vermindert werden, so dass die Menge des Gasverbrauchs gespart werden kann.
Der Durchflussmengeneinsteller 374 kann ein sogenanntes Leckventil sein, das imstande ist, die Gasdurchflussmenge stufenlos einzustellen, wie z. B. ein Nadelventil; d. h., Mittel, die den Leitwert von einem Gasströmungsdurchlass von einem Wasserstoffgasbehälter 376 zu der Gasdüse 371 ändern und das Wasserstoffgas mit einer gewünschten Durchflussmenge zu der Unterdruckkammer 17 führen. Alternativ kann der Durchflussmengeneinsteller 374 Mittel sein, die den Druck in dem Durchlass von der Gasdüse 371 zu dem Wasserstoffbehälter 376 einstellen und das Wasserstoffgas mit einer gewünschten Durchflussmenge zu der Unterdruckkammer 17 führen.
Ebenso kann der Durchflussmengeneinsteller 374 kann ein sogenanntes Leckventil sein, das imstande ist, die Gasdurchflussmenge stufenlos einzustellen, wie z. B. ein Nadelventil; d. h., Mittel, die den Wasserstoff mit einer gewünschten Durchflussmenge ablassen, indem der Leitwert zwischen der Unterdruckablasseinheit 16 vom Auslasstyp und der Unterdruckkammer 17 eingestellt wird. Alternativ kann er Mittel sein, die die Ablassgeschwindigkeit der Unterdruckablasseinheit 16 selber ändern. Die Unterdruckablasseinheit 16 vom Auslasstyp, die eine gleichmäßige Ablassgeschwindigkeit aufweist, ist wünschenswert; zum Beispiel wird eine Turbomolekularpumpe oder dergleichen bevorzugt. Die Unterdruckablassgeschwindigkeit der Turbomolekularpumpe kann in einigem Ausmaß dadurch eingestellt werden, dass ihre Drehgeschwindigkeit geändert wird, und ihre Ablassgeschwindigkeit ist im Vergleich zu der Unterdruckablasseinheit vom Fallentyp gleichmäßig.
Durch die Verwendung des Durchflussmengeneinstellers 374 und des Durchflussmengeneinstellers 161, ist es möglich, den Wasserstoffgasdruck innerhalb der Unterdruckkammer 17 und die Menge der Zufuhr des Wasserstoffgases in einem Bereich, der nicht größer ist als die Kapazitäten der Unterdruckablasseinheit 16 von Auslasstyp und des Gaseinfuhrmechanismus 37, einzustellen. Hierbei sollte die Menge der Zufuhr des Wasserstoffgases mit einer Durchflussmenge festgelegt sein, die äquivalent zu oder größer als die Geschwindigkeit ist, mit der die Unterdruckablasseinheit 18 oder die kryogene Pumpe (ein Element, das den kryogenen Effekt bewirkt) 414 das Wasserstoffgas ablassen, so dass es möglich ist, den Effekt der Änderung der Ablassgeschwindigkeit der Ablasseinheit 18 von Fallentyp oder der krygogenen Pumpe 14 zu verringern, der auf den Wasserstoffgasdruck innerhalb der Unterdruckkammer 17 ausgeübt wird.
Nun wird die Durchflussmengeneinstellung in der Gasfeldionisationsquelle mit Bezug auf 2 beschrieben. Gemäß einem hier beschriebenen Beispiel ist es möglich, den Wasserstoffgasdruck innerhalb der Unterdruckkammer 17 in Bezug auf die Struktur von 1 stabiler zu machen. Das heißt, ein Verfahren zum Stabilisieren des Wasserstoffgasdruckes innerhalb der Unterdruckkammer 17 ist es, entweder den Durchflussmengeneinsteller 161 und/oder den Durchflussmengeneinsteller 374 gemäß einer Messung des Wasserstoffgasdrucks innerhalb der Unterdruckkammer 17, die durch einen Drucksensor 163 vorgenommen wird, einzustellen. Zum Beispiel kann es arrangiert sein, einen Zielgasdruck auf einer Druckanzeige 162 anzugeben und den Durchflussmengeneinsteller 161 oder den Durchflussmengeneinsteller 374 einzustellen, um den Unterschied zwischen dem Zielgasdruck und einem gemessenen Gasdruck zu vermindern. Ein Ergebnis der Einstellung, die durch den Durchflussmengeneinsteller 374 gemacht wird, kann auf einer Durchflussmengenanzeige 375 angezeigt werden.
Nun wird die kryogene Pumpe mit Bezug auf 3 beschrieben. Durch Einstellen der Temperatur der kryogenen Pumpe 414 durch einen Temperatureinsteller 418 ist es möglich, den Effekt, bei dem die Temperaturänderung der kryogenen Pumpe 414 den Wasserstoffdruck innerhalb der Unterdruckkammer 17 ändert, zu verringern. Der Temperatureinsteller 418 kann zum Beispiel konfiguriert sein, die Temperatur der kryogenen Pumpe durch einen Temperatursensor 417 zu lesen, der mit der kryogenen Pumpe 414 verbunden ist, und die Menge des Stroms einzustellen, der durch eine Heizung 416 geht, um die Temperatur der kryogenen Pumpe auf einer Zieltemperatur zu stabilisieren. Alternativ kann der Temperatureinsteller 418 zum Beispiel konfiguriert sein, die Temperatur der kryogenen Pumpe durch den Temperatursensor 417 zu lesen, der mit der kryogenen Pumpe 414 verbunden ist, und die Kühlungskapazität des Kühlmechanismus 4 einstellen, um die Temperatur der kryogenen Pumpe auf einer Zieltemperatur zu stabilisieren.
Darüber hinaus ist es durch die Voreinstellung der Ausgabe der Heizung 416 gemäß einer Messung des Drucks innerhalb der Unterdruckkammer 17, die durch einen Drucksensor 163 vorgenommen wird, möglich, dem Wärmeaustausch des Wasserstoffgases entgegenzuwirken, der zwischen der Außenwand der Unterdruckkammer 17 und der kryogenen Pumpe, die durch den Kühlmechanismus 4 gekühlt wird, ausgeübt wird, wenn Wasserstoffgas in die Unterdruckkammer 17 eingefügt wird, und zu verhindern, dass die Temperatur der kryogenen Pumpe 414 steigt. Der Temperaturanstieg der kryogenen Pumpe erhöht die Menge eines Fremdstoffgases innerhalb der Unterdruckkammer 17 und könnte deshalb zum Destabilisieren der Menge des Stroms des Ionenstrahls 15 führen.
Die hier zuvor beschriebene Struktur kann voraussichtlich den gleichen Effekt bereitstellen, sogar dann, wenn ein Stickstoffgas anstatt des Wasserstoffgases verwendet wird. Zudem kann die Temperatur der kryogenen Pumpe auf eine Temperatur festgelegt sein, die verschieden ist von der für den Fall, in dem Wasserstoff verwendet wird.
Die hier zuvor beschriebene Struktur betrifft eine Lösung, die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellt ist, die dafür bestimmt ist, den Ionenstrahl zu stabilisieren, indem ein Management der Temperatur der kryogenen Pumpe durchgeführt wird. Eine Lösung für das gleiche Problem kann sogar bereitgestellt werden, wenn eine nicht verdampfbare Getterpumpe anstatt der kryogenen Pumpe verwendet wird. Dies ist unten beschrieben.
In diesem Fall kann die nicht verdampfbare Getterpumpe irgendwo innerhalb der Ionenstrahlvorrichtung eingebaut sein, wie es der Fall für die kryogene Pumpe 414 ist, die in 1 dargestellt ist. Es wird stärker bevorzugt, die nicht verdampfbare Getterpumpe in der Umgebung der Emitterspitze 11 oder an der gleichen Stelle wie die der kryogenen Pumpe 414 einzubauen.
Die nicht verdampfbare Getterpumpe weist auch eine Wasserstoffablasskapazität auf, wie es der Fall für die kryogene Pumpe ist. Das Gettermaterial der nicht verdampfbaren Getterpumpe weist die Charakteristik des Ablassens des Wasserstoffgases auf, indem die Diffusion und die Okklusion des Gases innerhalb des Gettermaterials verursacht wird, wobei es nicht abgelassen wird, indem das Wasserstoffgas adsorbiert wird. Diese Charakteristik bedeutet, dass sich ein Prinzip des Ablassens des Wasserstoffgases von dem des Ablassens eines anderen Fremdstoffgases unterscheidet und sich erheblich von dem Prinzip unterscheidet, bei dem das andere Fremdstoffgas dazu gebracht wird, chemisch an der Oberfläche zu adsorbieren und somit abgelassen wird. Das heißt, die Geschwindigkeit, mit der die nicht verdampfbare Getterpumpe das Wasserstoffgas ablässt, hängt im Allgemeinen von dem Volumen des Gettermaterials ab, wohingegen die Geschwindigkeit, mit der die Pumpe ein anderes Fremdstoffgas ablässt, im Allgemeinen von der Fläche der Oberfläche des Gettermaterials abhängt.
Die vorliegenden Erfinder haben ihre Aufmerksamkeit auf diese Charakteristik gerichtet und eine Gestalt der nicht verdampfbaren Getterpumpe betrachtet, die für die vorliegende Erfindung nützlich ist. Das heißt, indem das Volumen des Gettermaterials der nicht verdampfbaren Getterpumpe in Bezug auf die Fläche ihrer Oberfläche vermindert wurde, nimmt die Wasserstoffgasablassgeschwindigkeit relativ ab. Als eine konkrete Gestalt wird es zweckdienlich sein, das Gettermaterial der nicht verdampfbaren Getterpumpe als eine dünne Schicht über einem Trägermaterial zu bilden.
Spezieller ist es, indem die dünne Schicht des Gettermaterials 10 μm dick oder weniger gemacht wird, möglich die Wasserstoffablassgeschwindigkeit zu vermindern, während die Ablassgeschwindigkeit für ein Fremdstoffgas in einigem Ausmaß beibehalten wird. Das heißt, es wird ermöglicht, den Druck des Wasserstoffgases innerhalb der Unterdruckkammer 17 in der Struktur, die für die erste Ausführungsform beschrieben ist, zu stabilisieren, und folglich wird der Ionenstrahl 15 stabil.
Als letztes werden Beschreibungen über einen Fall bereitgestellt, in dem ein Fremdstoffgas immer noch an dem Endpunkt der Emitterspitze 11 adsorbiert ist, sogar dann, wenn die Menge eines Fremdstoffgases verringert ist, indem der Wasserstoffdruck auf die Weise, wie sie im Vorangegangenen beschrieben ist, stabilisiert ist.
In diesem Fall ist es durch Erhöhen einer Herausziehspannung, die zwischen die Emitterspitze 11 und die Herausziehelektrode 13 angelegt ist und das elektrische Feld an dem Endpunkt der Emitterspitze steigert, möglich, das Fremdstoffgas, das an dem Endpunkt der Emitterspitze 11 adsorbiert ist, durch eine sogenannte Verdampfung durch ein elektrisches Feld zu entfernen. Hierbei werden dann, wenn die Herausziehspannung zu hoch ist, durch das elektrische Feld zusammen mit dem adsorbierten Fremdstoffgas auch Metallatome an dem Endpunkt der Emitterspitze verdampft; umgekehrt wird dann, wenn diese Spannung zu niedrig ist, das adsorbierte Fremdstoffgas nicht durch das elektrische Feld verdampft und kein Effekt kann erhalten werden.
Es wurde gefunden, dass als ein Wert der Herausziehspannung aus der vorangegangenen Beschreibung bevorzugt wurde, eine Spannung anzulegen, die eine Herausziehspannung verdoppelt, was zum Maximieren der Menge des Stroms des Ionenstrahls 15 führt, der von der Emitterspitze 11 emittiert wird.
Nach dem Erhöhen der angelegten Spannung für die Herausziehspannung sollte die Herausziehspannung, nachdem entschieden wurde, dass der Endpunkt in einem ausreichend zufriedenstellenden Zustand platziert worden ist, auf ihren Ursprungswert zurückgebracht werden und die Emission des Ionenstrahls 15 wird wieder in Gang gesetzt. Für die obige Entscheidung kann ein Verfahren, das Feldionenmikroskop (FIM) genannt wird, verwendet werden; in diesem Verfahren kann der Zustand des Endpunkts der Emitterspitze mit einer Auflösung auf dem atomaren Niveau beobachtet werden.
Um ein FIM-Bild zu erhalten, wird das Folgende verwendet: ein positionsempfindlicher Detektor, der eine Mikrokanalplatte genannt wird, oder ein Verfahren, das den Ionenstrahl 15 über einem mikroskopischen Loch abtastet und eine zweidimensionale eineindeutige Abbildung zwischen der Menge des Stroms des Ionenstrahls, der durch das Mikroskoploch geht, und einer Abtastabbildung des Ionenstrahls 15 erstellt.
Ein FIM-Bild des Endpunkts der Emitterspitze 11, die in einem zufriedenstellenden Zustand platziert ist, sollte gespeichert werden und es kann, indem es mit einem FIM-Bild nach der vorangegangenen Verdampfung durch ein elektrisches Feld verglichen wird, entschieden werden, ob das Verdampfungsverfahren durch ein elektrisches Feld erfolgreich war oder nicht. Diese Entscheidung kann durch einen Anwender durchgeführt werden oder kann durch ein Programm getroffen werden, das die Korrelation zwischen beiden Bildern des Spitzenendpunkts, der in einem zufriedenstellenden Zustand und in einem beobachteten Zustand platziert ist, bewertet. Es ist nicht unerlässlich, nur zwei zeitlich aufeinanderfolgende Bilder zu vergleichen, um die Entscheidung zu treffen. Zum Beispiel wird im Vorhinein eine Reihe von FIM-Bildern des Spitzenendpunkts mit verschiedenen angelegten Herausziehspannungen erhalten und eine Reihe von FIM-Bildern davon wird in einem Zustand nach der Verdampfung durch ein elektrisches Feld mit verschiedenen Herausziehspannungen erhalten und durch weiteres Vergleichen beider Reihen von FIM-Bildern ist es möglich, eine Entscheidung mit höherer Genauigkeit zu treffen.
Bezugszeichenliste

1: Gasfeldionisationsquelle,
11: Emitterspitze
12: Öffnung, durch die der Ionenstrahl geht,
13: Herausziehelektrode,
14: Außenwand der Ionisationskammer,
15: Ionenstrahl,
16: Unterdruckablasseinheit vom Auslasstyp,
17: Unterdruckkammer,
18: Unterdruckablasseinheit vom Fallentyp,
111: Leistungsversorgung,
161: Durchflussmengeneinsteller,
162: Druckanzeige,
163: Drucksensor,
164: Druckanzeige,
37: Gaseinfuhrmechanismus,
371: Gasdüse,
374: Durchflussmengeneinsteller,
375: Durchflussmengenanzeige,
376: Wasserstoffgasbehälter,
4: Kühlmechanismus,
41: Kühlmaschinenhaupteinheit,
412: erste Stufe der Kühlmaschine,
413: zweite Stufe der Kühlmaschine,
414: kryogene Pumpe,
415: Wärmestrahlungsabschirmung,
416: Heizung,
417: Temperatursensor,
418: Temperatureinsteller

Claims

Ionenstrahlvorrichtung, die mit einer Feldionisationsquelle ausgestattet ist, die einer Kammer Gas zuführt, das Gas ionisiert und einen Ionenstrahl auf eine Probe anwendet, wobei die Ionenstrahlvorrichtung Folgendes umfasst: eine Emitterelektrode, die einen nadelähnlichen Endpunkt aufweist; eine Kammer, in der die Emitterelektrode eingebaut ist; eine Gaszuführeinheit, die der Kammer Gas zuführt; eine Kühleinheit, die mit der Kammer verbunden ist und die Emitterelektrode kühlt; eine Ablasseinheit vom Auslasstyp, die Gas innerhalb der Kammer ablässt, und eine Ablasseinheit vom Fallentyp, die Gas innerhalb der Kammer ablässt, wobei der Ablassleitwert der Ablasseinheit vom Auslasstyp größer ist als der Ablassleitwert der Ablasseinheit vom Fallentyp.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ablasseinheit vom Fallentyp ein kryogene Element ist, das von der Kühleinheit über einen Wärmeübertragungsabschnitt mit der Kammer verbunden ist und mindestens zwei oder mehr Gassorten adsorbiert, d. h. eine Gassorte, aus der der Ionenstrahl erzeugt wird, und eine Gassorte, die eine andere ist als die Gassorte, aus der der Ionenstrahl erzeugt wird, und wobei die Ionenstrahlvorrichtung ferner Folgendes umfasst: eine Heizung, die mit dem kryogenen Element verbunden ist, und eine Temperatursteuereinheit, die die Temperatur der Heizung steuert.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 2, die ferner einen Drucksensor umfasst, der den Druck innerhalb der Kammer misst, wobei die Temperatursteuereinheit die Temperatur der Heizung auf der Grundlage der Ausgabe des Drucksensors steuert.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 3, wobei dann, wenn die Temperatur der Emitterspitze in einen Bereich von 20 K bis 60 K fällt, die Temperatursteuereinheit die Temperatur des kryogenen Elements so steuert, dass sie in einen Bereich von 10 K bis 30 K fällt.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kammer und die Gaszuführeinheit über einen ersten Durchflussmengeneinsteller verbunden sind und wobei die Kammer und die Ablasseinheit vom Auslasstyp über einen zweiten Flussrateneinsteller verbunden sind.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 5, die ferner einen Drucksensor umfasst, der den Druck innerhalb der Kammer misst, wobei der erste Durchflussmengeneinsteller und der zweite Durchflussmengeneinsteller die Durchflussmenge des Gases auf der Grundlage der Ausgabe des Drucksensors steuern.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Ablasseinheit vom Fallentyp eine nicht verdampfbare Getterpumpe ist, in der ein Getterelement mit einer Schichtdicke von 10 μm oder weniger über der Oberfläche eines Trägerelements gebildet ist.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gas, das zugeführt wird, Wasserstoff oder Stickstoff ist.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen Detektor, der einen Zustand der Emitterspitze detektiert, und eine Herausziehelektrode zum Anwenden eines Ionenstrahls, der aus dem Gas erzeugt wird, auf eine Probe, wobei eine Spannung, die an die Herausziehelektrode angelegt wird, auf der Grundlage der Informationen, die von dem Detektor detektiert werden, gesteuert wird.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Informationen, die von dem Detektor detektiert werden, ein Bild, das durch Abtasten eines Ionenstrahls, der durch eine Öffnung geht, erhalten wird, oder ein Bild, das unter Verwendung einer Mikrokanalplatte erhalten wird, enthalten.
Ionenstrahlbestrahlungsverfahren, das eine Bestrahlungsschritt zum Anwenden eines Ionenstrahls, der durch Ionisieren eines eingeführten Gases erzeugt wird, auf eine Probe aufweist, wobei das Ionenstrahlbestrahlungsverfahren Folgendes umfasst: einen Kühlschritt zum Kühlen einer Emitterelektrode, die einen nadelförmigen Endpunkt aufweist, durch eine Kühleinheit; einen Zuführschritt zum Zuführen des Gases in einen Raum in der Nähe der Emitterelektrode; einen Ablassschritt vom Auslasstyp zum Ablassen von Gas innerhalb der Kammer unter Verwendung einer Ablasseinheit vom Auslasstyp; einen Ablassschritt vom Fallentyp zum Ablassen von Gas innerhalb der Kammer unter Verwendung einer Ablasseinheit vom Fallentyp, die sich von der Ablasseinheit vom Auslasstyp unterscheidet; einen Messschritt zum Messen des Drucks in der Nähe der Emitterelektrode unter Verwendung eines Drucksensors und einen Gasdurchflussmengensteuerschritt zum Steuern der Menge des Gases, das in dem Zuführschritt zugeführt wird, und der Menge des Gases, das in dem Ablassschritt vom Auslasstyp abgelassen wird, auf der Grundlage eines Ergebnisses der Messung, die durch den Messschritt gemacht wird, wobei der Gasdurchflussmengensteuerschritt durchgeführt wird, um den Ablassleitwert der Ablasseinheit vom Auslasstyp größer als den Ablassleitwert der Ablasseinheit vom Fallentyp zu halten.
Ionenstrahlbestrahlungsverfahren nach Anspruch 11, das Folgendes umfasst: einen kryogenen Schritt zum Herunterkühlen eines Elements, das mit der Kammer verbunden ist, von der Kühleinheit über einen Wärmeübertragungsabschnitt auf eine Temperatur, bei der ein kryogener Effekt stattfindet, und einen Adsorptionsschritt zum Steuern der Temperatur des gekühlten Elements und Adsorbieren von mindestens zwei oder mehr Gassorten, d. h. einer Gassorte, aus der der Ionenstrahlerzeugt wird, und einer Gassorte, die eine andere ist, als die Gassorte, aus der der Ionenstrahl erzeugt wird.
Ionenstrahlbestrahlungsverfahren nach Anspruch 12, das ferner einen Druckmessschritt zum Messen des Drucks innerhalb der Kammer, in der die Emitterelektrode eingebaut ist, umfasst, wobei der Adsorptionsschritt die Temperatur des Elements auf der Grundlage des gemessenen Drucks steuert.
Ionenstrahlvorrichtung, die mit einer Feldionisationsquelle ausgestattet ist, die einer Kammer Gas zuführt, das Gas ionisiert und einen Ionenstrahl auf eine Probe anwendet, wobei die Ionenstrahlvorrichtung Folgendes umfasst: eine Emitterelektrode, die einen nadelähnlichen Endpunkt aufweist; eine Kammer, in der die Emitterelektrode eingebaut ist; eine Gaszuführeinheit, die der Kammer Gas zuführt; eine Kühleinheit, die mit der Kammer verbunden ist und die Emitterelektrode kühlt; ein kryogenes Element, das von der Kühleinheit über einen Wärmeübertragungsabschnitt mit der Kammer verbunden ist und mindestens zwei oder mehr Gassorten adsorbiert, d. h. eine Gassorte, aus der der Ionenstrahl erzeugt wird, und eine Gassorte, die eine andere ist als die Gassorte, aus der der Ionenstrahl erzeugt wird; eine Heizung, die mit dem kryogenen Element verbunden ist, und eine Temperatursteuereinheit, die die Temperatur der Heizung steuert.
Ionenstrahlvorrichtung nach Anspruch 14, die ferner einen Drucksensor umfasst, der den Druck innerhalb der Kammer misst, wobei die Temperatursteuereinheit die Temperatur der Heizung auf der Grundlage der Ausgabe des Drucksensors steuert.