DE112015006787B4

DE112015006787B4 - Ionenätzsystem

Info

Publication number: DE112015006787B4
Application number: DE112015006787.6T
Authority: DE
Inventors: Kengo Asai; Toru Iwaya; Hisayuki Takasu; Hiroyasu Shichi
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2021-11-25
Anticipated expiration: 2035-09-26
Also published as: JP6637055B2; JPWO2017051469A1; CN107949899A; US10361065B2; CN107949899B; DE112015006787T5; US20180286633A1; WO2017051469A1

Abstract

Ionenätzsystem, umfassend:eine Ionenkanone (100), die Ionen zur Bearbeitung einer Probe erzeugt; undein Rasterelektronenmikroskop zur Betrachtung der Probe,dadurch gekennzeichnet, dassdie Ionenkanone (100) einen Permanentmagneten (114) umfasst, unddas Ionenätzsystem eine magnetische Abschirmung (171-177, 180) zum Abschirmen eines von der Ionenkanone (100) ausgehenden magnetischen Streufelds des Permanentmagneten gegenüber dem Elektronenstrahl des Rasterelektronenmikroskops umfasst.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ionenätzsystem.
Stand der Technik
Bei einem Ionenätzsystem (Ionendünnungssystem) handelt es sich um ein Bearbeitungssystem, das ein Bombardement einer Probe mit beschleunigten Ionen bewirkt und einen Schneidevorgang an der Probe durchführt, wobei man sich eines Sputterings bedient, bei dem die Ionen eine Entfernung von Atomen und Molekülen bewirken. Ferner wird eine Maske, die als Ionenstrahl-Maskierungsschild dient, auf die obere Oberfläche der zu bearbeitenden Probe gelegt, und ein vorstehender Bereich der Probe, der vom Maskenendbereich vorsteht (exponierter Bereich, der nicht mit der Maske bedeckt ist), wird einem Sputtering unterzogen, wodurch die Probe so bearbeitet werden kann, dass sie einen glatten Querschnitt aufweist. Das Ionenätzsystem wird für Ziele, wie Metall, Glas, Keramik, elektronische Bauelemente oder Verbundmaterialien, verwendet. Wenn beispielsweise ein elektronisches Bauelement das Ziel darstellt, wird das Ionenätzsystem dazu verwendet, eine Querschnittprobe zur Gewinnung einer morphologischen Abbildung, einer Probenzusammensetzungsabbildung und einer Kanalbildungsabbildung durch ein Rasterelektronenmikroskop oder zur Durchführung einer Röntgenanalyse, einer Kristallorientierungsanalyse oder dergleichen zu erzeugen, und zwar für Anwendungsgebiete, zu denen die Bewertung einer internen Struktur, der Gestalt einer Querschnittfläche und der Filmdicke sowie die Analyse der Kristallstruktur, von Fehlstellen und von Fremdsubstanzen im Querschnitt gehören.
Es besteht ein starkes Bedürfnis, ein Ionenätzsystem mit einem Elektronenmikroskopsystem zu kombinieren, um die Anwendungsmöglichkeiten zu verbessern, und zwar in Bezug auf die Bedürfnisse bei einer dreidimensionalen Analyse, bei der Analyse von Materialien, die nicht der Atmosphäre ausgesetzt werden können, oder dergleichen. Patentdokument 1 beschreibt ein Ionenätzsystem, bei dem ein Elektronenmikroskop angebracht ist, als eine Technik zur Prüfung des Fortschritts beim Ätzverfahren, während die Probe dem Ätzvorgang mit einem Ionenstrahl unterzogen wird. Patentdokument 2 beschreibt ein Verfahren zur Betrachtung der internen Struktur einer Probe mit einem Rasterelektronenmikroskop, während die Probe allmählich einem Ionenätzvorgang unterzogen wird, der an der Oberfläche der Probe beginnt, und zwar als ein Verfahren zur dreidimensionalen Analyse der Innenstruktur der Probe. Patentdokument 3 beschreibt ein Verfahren unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops, das mit einem System zur vorbereitenden Bearbeitung einer Probe versehen ist, wobei an diesem System eine Ionenkanone angebracht ist. Bei dem Verfahren wird sequentiell die Struktur einer Probe in Richtung der Tiefe, ausgehend von der Oberfläche der Probe, mit einem Rasterelektronenmikroskop betrachtet, während die Probe allmählich einem Ionenschleifvorgang, beginnend an der Oberfläche der Probe, im gleichen Vakuum, das bei Betrachtung der Struktur herrscht, unterzogen wird.
Literaturverzeichnis
Patentdokumente

Patentdokument 1: internationale Veröffentlichung WO 2012 / 060 416 A1
Patentdokument 2: JP 2000 - 195 460 A
Patentdokument 3: JP H08 - 298 092 A

EP 2690648 A1

WO 2014/196262 A1

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung
Durch das Anbringen eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) in einem Ionenätzsystem sollen die folgenden Vorteile erzielt werden. Selbst wenn es sich beim Betrachtungsziel, das durch das Ionenätzsystem zu bearbeiten ist, um eine unbekannte Substanz handelt, deren Querschnitt beispielsweise nur 1 µm oder weniger aufweist, lässt sich die Ausrichtung der Probenbearbeitungsposition leicht vornehmen. Ferner kann der Querschnitt während oder nach der Bearbeitung durch das Ionenätzsystem mit dem SEM innerhalb des gleichen Systems, mit dem die Bearbeitung durchgeführt wird, betrachtet werden. Die Erfinder haben daher Untersuchungen mit einem Ionenätzsystem, in dem ein SEM angebracht ist, durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse werden nachstehend erläutert.
Die Erfinder haben eine Untersuchung mit einem Ionenätzsystem durchgeführt, bei dem als Ionenkanone eine Ionenkanone vom Penning-Entladungstyp verwendet wird, die einfach aufgebaut ist und geringe Abmessungen aufweist. Die Ionenkanone vom Penning-Entladungstyp ist so aufgebaut, dass von Kathoden emittierte Elektronen durch das Magnetfeld eines Permanentmagneten abgelenkt werden und auf Gas, das in die Ionenkanone eingeleitet wird, treffen, wodurch eine Ionisation hervorgerufen wird. Die Elektronen führen eine Hin- und Herbewegung zwischen den Elektroden mit dem gleichen Potential durch, indem man die Kathoden an beiden Enden einer Anode anordnet. Somit ist es möglich, eine lange Flugbahn der Elektronen zu erreichen und den Ionisationswirkungsgrad zu verbessern. Ein Teil der in einer Ionisationskammer erzeugten Kationen tritt durch eine Kathodenausgangsöffnung hindurch, wird durch eine Beschleunigungselektrode beschleunigt und aus einer beschleunigenden Elektrodenausgangsöffnung nach außen emittiert. Eine Verbesserung des Ätzverhaltens erfordert eine Erhöhung der Menge der von der Ionenkanone emittierten Ionen. Um dies zu erreichen, ist eine hohe Plasmadichte wesentlich, und es ist erforderlich, eine lange Elektronenflugbahn zu gewährleisten, indem man ein Magnetfeld mit hoher Magnetflussdichte erzeugt. Da die Ionenkanone vom Penning-Entladungstyp so aufgebaut ist, dass der Permanentmagnet im Innenraum vorgesehen ist, hat ein magnetisches Streufeld der Ionenkanone einen nachteiligen Einfluss auf den Elektronenstrahl während der Betrachtung mit dem Elektronenmikroskop. Es wurde festgestellt, dass aufgrund der Tatsache, dass ein von einer Elektronenmikroskopsäule emittiertes Elektron selbst bei einem sehr schwachen Magnetfeld eine Krümmung der Flugbahn annimmt, das Ionenätzsystem mit der Schwierigkeit behaftet ist, dass der Elektronenstrahl eines Elektronenmikroskops stark gekrümmt wird.
Die vorliegende Erfindung geht von diesem Sachverhalt aus und macht es sich zur Aufgabe, ein Ionenätzsystem bereitzustellen, mit dem die Flugbahnverschiebung eines von einer Elektronenmikroskopsäule emittierten Elektronenstrahls unterdrückt werden kann.
Lösung der Aufgabe
Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß einer Ausführungsform ein Ionenätzsystem nach den beiliegenden Patentansprüchen bereitgestellt, das eine magnetische Abschirmung umfasst, die ein vom Permanentmagneten ausgehendes Streufeld verringert.
Wirkung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist es möglich, ein Ionenätzsystem bereitzustellen, das eine Orbitalverschiebung eines von einer Elektronenmikroskopsäule emittierten Elektronenstrahls unterdrücken kann.
Figurenliste

1 zeigt einen Querschnitt des gesamten Aufbaus eines Beispiels eines Ionenätzsystems (gemäß den einzelnen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oder in einem Fall, bei dem das Ionenätzsystem eine Ionenkanone ohne eine magnetische Abschirmung umfasst).
2 zeigt den Querschnittaufbau zur Erläuterung einer Ionenkanone, die keine Struktur zur magnetischen Abschirmung umfasst.
3 zeigt den Querschnittaufbau eines Beispiels (Konfigurationen 1 und 2) einer Ionenkanone (mit magnetischer Abschirmungsstruktur) im Ionenätzsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt den Querschnittaufbau zur Erläuterung eines weiteren Beispiels (Konfiguration 3) der Ionenkanone (mit der magnetischen Abschirmungsstruktur) im Ionenätzsystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt den Querschnittaufbau zur Erläuterung eines weiteren Beispiels (Konfiguration 4) der Ionenkanone (mit der magnetischen Abschirmungsstruktur) im Ionenätzsystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt den Querschnittaufbau zur Erläuterung eines weiteren Beispiels (Konfiguration 5) der Ionenkanone (mit der magnetischen Abschirmungsstruktur) im Ionenätzsystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt den Querschnittaufbau zur Erläuterung eines weiteren Beispiels (Konfiguration 6) der Ionenkanone (mit der magnetischen Abschirmungsstruktur) im Ionenätzsystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt den Querschnittaufbau zur Erläuterung eines weiteren Beispiels (Konfiguration 7) der Ionenkanone (mit der magnetischen Abschirmungsstruktur) des Ionenätzsystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt den Querschnittaufbau zur Erläuterung eines weiteren Beispiels (Konfiguration 8) der Ionenkanone (mit der magnetischen Abschirmungsstruktur) im Ionenätzsystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt die Intensität eines von der Ionenkanone austretenden Magnetfelds, wobei (a) die Intensitäten in den Fällen der Konfigurationen 3, 4, 5 und 8 und im Fall der Ionenkanone ohne die magnetische Abschirmung zeigt und (b) die Intensitäten in den Fällen der Konfigurationen 1, 2, 6 und 7 und im Fall der Ionenkanone ohne die magnetische Abschirmung zeigt.
11 zeigt die axiale Magnetfeldintensität innerhalb der Ionenkanone, wobei (a) die Intensitäten in den Fällen der Konfigurationen 3, 4, 5 und 8 und im Fall der Ionenkanone ohne die magnetische Abschirmung zeigt und (b) die Intensitäten in den Fällen der Konfigurationen 1, 2, 6 und 7 und im Fall der Ionenkanone ohne die magnetische Abschirmung zeigt.
12 zeigt die axialen Magnetfeldintensitäten innerhalb der Ionenkanone ohne die magnetische Abschirmung (mit montierten Magneten mit unterschiedlichen Eigenschaften, die als Parameter herangezogen werden).
13 zeigt die axialen Magnetfeldintensitäten innerhalb der Ionenkanone mit der in 1 dargestellten Konfiguration 2 (mit montierten Magneten mit verschiedenen Eigenschaften, die als Parameter herangezogen werden).
14 zeigt ein Beispiel eines Strahlprofils zur Erläuterung der Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform.
15 zeigt die Querschnittkonfiguration zur Erläuterung eines Beispiels einer Ionenkanone (mit einem Beschleunigungselektroden-Führungselement) im Ionenätzsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 zeigt die Querschnittkonfiguration zur Erläuterung eines weiteren Beispiels der Ionenkanone (mit dem Beschleunigungselektroden-Führungselement) im Ionenätzsystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Möglichkeiten zur Ausführung der Erfindung
Nach Durchführung von Untersuchungen der auftretenden Probleme entschlossen sich die Erfinder eine Ionenkanone vom Penning-Entladungstyp mit einer magnetischen Abschirmung auszustatten. Dadurch wird es möglich, das von einem in der Ionenkanone installierten Permanentmagneten ausgehende magnetische Streufeld zu verringern.
Speziell umfasst die Ionenkanone beispielsweise Folgendes: einen Gaszufuhrmechanismus, der Gas in die Ionenkanone einleitet; eine Anode, die innerhalb der Ionenkanone angeordnet ist und an die eine positive Spannung angelegt wird; zwei Kathoden, die eine Potentialdifferenz zwischen der Anode und den Kathoden erzeugen; einen Kathodenring und einen Isolator; und einen Permanentmagneten, der bewirkt, dass von den beiden Kathoden emittierte Elektronen durch das Magnetfeld abgelenkt werden, der das Gas durch die abgelenkten Elektronen ionisiert und der die erzeugten Ionen durch eine Beschleunigungselektrode in den Außenbereich der Ionenkanone emittiert, wobei die Beschleunigungselektrode aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist. Durch diese Konfiguration wird das von der Ionenkanone ausgehende magnetische Streufeld verringert und die Flugbahnverschiebung eines von der Elektronenmikroskopsäule emittierten Elektronenstrahls wird in ausreichendem Maße unterdrückt.
Dabei kann das ferromagnetische Material auf einer Oberfläche, an der die Beschleunigungselektrode angeordnet ist, einer Ionenkanonenbasis ausgebildet sein.
Alternativ können eine äußere Umfangsfläche der aus rostfreiem Stahl gebildeten Beschleunigungselektrode und die Oberfläche, auf der die Beschleunigungselektrode angeordnet ist, der Ionenkanonenbasis mit dem ferromagnetischen Material bedeckt sein.
Alternativ können eine innere Umfangsfläche der aus rostfreiem Stahl gebildeten Beschleunigungselektrode und die Oberfläche, auf der die Beschleunigungselektrode angeordnet ist, der Ionenkanonenbasis mit dem ferromagnetischen Material bedeckt sein.
Alternativ kann eine aus einem ferromagnetischen Material gebildete Magnetabschirmungsstruktur auf einer Außenseite der Ionenkanone ausgebildet sein und das ferromagnetische Material kann auf der Oberfläche, auf der die Beschleunigungselektrode angeordnet ist, der Ionenkanonenbasis ausgebildet sein.
Alternativ kann der Kathodenring aus dem ferromagnetischen Material gebildet sein.
Bei einer weiteren Alternative kann die aus dem ferromagnetischen Material gebildete magnetische Abschirmungsstruktur auf einer Innenseite der Beschleunigungselektrode ausgebildet sein.
Vorzugsweise umfasst das ferromagnetische Material Mu-Metall (Permalloy), reines Eisen, Nickel, Kupfer, Molybdän und ein Material, das mindestens einen Typ von Mu-Metall, reinem Eisen, Nickel, Kupfer und Molybdän als Hauptkomponente enthält.
Durch Hinzufügen der magnetischen Abschirmungsstruktur zur Ionenkanone wird es möglich, das magnetische Streufeld des Permanentmagneten, der innerhalb der Ionenkanone angeordnet ist, in ausreichendem Maße zu verringern.
Ferner ist es durch Veränderung der Struktur einer magnetischen Abschirmungselektrode, die der Ionenkanone hinzugefügt wird, möglich, die axiale Magnetfeldintensität innerhalb der Ionenkanone zu steuern. Dadurch wird es möglich, eine optimale axiale Magnetfeldintensität zur Erzielung der Ionenkanonenleistung auszuwählen. Somit ist es möglich, eine wesentlich höhere Ätzrate zu erreichen, als es gemäß einer herkömmlichen Technik gelingt.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche Elemente bezeichnen.
Erste Ausführungsform
Nachstehend wird ein Ionenätzsystem unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. 1 zeigt einen Gesamtquerschnitt des Aufbaus eines Beispiels des Ionenätzsystems. Bestandteile, die zur Erzeugung von Ionen erforderlich sind, sind innerhalb einer Ionenkanone 101 vom Penning-Entladungstyp angeordnet, und ein Bestrahlungssystem zur Bestrahlung einer Probe 106 mit einem Ionenstrahl 102 ist ausgebildet. Bestandteile, die zur Erzeugung eines Elektronenstrahls 162 erforderlich sind, sind innerhalb einer Elektronenmikroskopsäule 161 angeordnet, und ein Bestrahlungssystem zur Bestrahlung der Probe 106 mit dem Elektronenstrahl 162 ist ausgebildet. Eine Gasquelle 142 ist mit der Ionenkanone 101 über einen Gaszufuhrmechanismus 141 verbunden, und ein Gasdurchsatz, der durch den Gaszufuhrmechanismus 141 gesteuert wird, wird der Ionisationskammer der Ionenkanone 101 zugeführt. Die Bestrahlung mit dem Ionenstrahl 102 und der Ionenstrahlstrom des Ionenstrahls 102 werden durch einen Ionenkanonen-Steuerungsbereich 103 gesteuert. Der Ionenstrahlstrom des Ionenstrahls 102 wird durch eine Strommesseinrichtung 151 gemessen. Ein Strommesselement 153 dient auch als Ionenstrahlblende und weist einen Mechanismus auf, der durch einen Strommessinstrument-Antriebsbereich 152 betätigt wird. Eine Vakuumkammer 104 wird so gesteuert, dass sie atmosphärischen Druck aufweist oder mit einem Evakuierungssystem 105 evakuiert wird. Die Probe 106 wird auf einem Probentisch 107 gehalten, und der Probentisch 107 wird von einem Probentisch-Antriebsbereich 108 gehalten. Der Probentisch-Antriebsbereich 108 umfasst sämtliche Mechanismuselemente, die aus der Vakuumkammer 104 entnommen werden können, wenn die Vakuumkammer 104 zur Atmosphäre hin geöffnet ist, und die die Probe 106 in einem beliebigen Winkel bezüglich der optischen Achse des Ionenstrahls 102 kippen können. Somit ist es möglich, die Probe während der Bearbeitung durch den Ionenstrahl und der Beobachtung durch den Elektronenstrahl in erwünschten Richtungen zu justieren. Ein Probentisch-Antriebssteuerbereich 109 kann den Probentisch-Antriebsbereich 108 so steuern, dass die Probe schräg gestellt wird und in longitudinaler oder horizontaler Richtung geschwenkt wird, und sie kann die Geschwindigkeit des Probentisch-Antriebsbereichs 108 steuern.
2 zeigt eine Querschnittansicht zur Erläuterung der Konfigurationen der Ionenkanone 101, die nicht die Magnetabschirmungsstruktur und entsprechende periphere Teile umfasst. Die Ionenkanone 101 ist mit folgenden Bestandteilen versehen: der Gaszufuhrmechanismus 141, der Gas in die Ionenkanone einleitet, eine Anode 113, eine erste Kathode 111 und eine zweite Kathode 112, ein Permanentmagnet 114, eine Beschleunigungselektrode 115, ein Isolator 116 und ein Kathodenring 119. Die Ionenkanone 101 ist an einer Ionenkanonenbasis 117 befestigt. Der Ionenkanonen-Steuerungsbereich 103 ist elektrisch an eine Entladungsstromquelle 121 und eine Beschleunigungsstromquelle 122 angeschlossen und steuert die Entladungsspannung und die Beschleunigungsspannung. Das Bezugszeichen 118 bezeichnet die Ionisationskammer, das Bezugszeichen 131 eine Anodenauslassöffnung, das Bezugszeichen 132 eine Kathodenauslassöffnung und das Bezugszeichen 133 eine Beschleunigungselektroden-Auslassöffnung.
Die erste Kathode 111 und die zweite Kathode 112 sind aus reinem Eisen gefertigt, d.h. einer ferromagnetischen Substanz. Sie bilden zusammen mit dem Permanentmagneten 114, d.h. einer magnetomotorischen Kraft, einen magnetischen Kreis. Dagegen sind die Beschleunigungselektrode 115, der Kathodenring 119 und die Ionenkanonenbasis 117 aus rostfreiem Stahl (SUS: Steel Special Use Stainless) gefertigt. Die Beschleunigungselektrode 115, der Kathodenring 119 und die Ionenkanonenbasis 117 sowie der Isolator 116 aus Aluminiumoxid und die Anode 113, die aus Aluminium gefertigt ist, sind somit nicht Bestandteil des Magnetkreises.
Da die Ionenkanone vom Penning-Entladungstyp, die vorstehend beschrieben wurde, so aufgebaut ist, dass der Permanentmagnet im Innern vorgesehen ist, übt ein von der Ionenkanone ausgehendes magnetisches Streufeld einen Einfluss auf den Elektronenstrahl während der Betrachtung mit dem Elektronenmikroskop aus. Selbst eine geringfügige Elektronenstrahl-Flugbahnverschiebung verursacht ein Problem, insbesondere wenn eine spezielle mikroskopische Region betrachtet wird. Da ein von der Elektronenmikroskopsäule emittiertes Elektron sich so verhält, dass seine Flugbahn durch ein sehr schwaches Magnetfeld gekrümmt wird, wird der Elektronenstrahl während der Umwandlung der Beschleunigungsspannung oder dergleichen stark gekrümmt und ein Betrachtungsbild wird bei der Betrachtung demzufolge im Ionenätzsystem, in dem das Elektronenmikroskop angebracht ist, stark verschoben. Um diese Verschiebung des Betrachtungsbilds zu vermeiden, ist es erforderlich, das magnetische Streufeld der Ionenkanone zu unterdrücken.
3 zeigt den Querschnittaufbau eines Beispiels einer Ionenkanone (mit einer magnetischen Abschirmungsstruktur, nachstehend als „Ionenkanone mit magnetischer Abschirmungsstruktur“ bezeichnet) im Ionenätzsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Das Ionenätzsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist so aufgebaut, dass die Ionenkanone 101 von 1 durch eine Ionenkanone 100 mit magnetischer Abschirmungsstruktur ersetzt ist. Die vorliegende Ionenkanone 100 vom Penning-Entladungstyp mit magnetischer Abschirmungsstruktur umfasst Folgendes: den Gaszufuhrmechanismus 141, der Gas in die Ionenkanone leitet, die Anode 113, die beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist und innerhalb der Ionenkanone angeordnet ist und an die eine positive Spannung angelegt wird, die erste Kathode 111 und die zweite Kathode 112, die beispielsweise aus reinem Eisen gefertigt sind und die eine Potenzialdifferenz zwischen der Anode 113 und der ersten und zweiten Kathode 111 und 112 erzeugen, den Kathodenring 119, der beispielsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt ist, und den Isolator 116, der beispielsweise aus Aluminiumoxid gefertigt ist, sowie den Permanentmagneten 114, der beispielsweise aus Neodym besteht. Die vorliegende Ionenkanone 100 vom Penning-Entladungstyp mit magnetischer Abschirmungsstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass es durch Verwendung einer magnetischen Abschirmung 171, die beispielsweise aus Mu-Metall (Permalloy) gefertigt ist, als Beschleunigungselektrode möglich wird, eine ausreichende Abschirmungswirkung zu erzielen, das magnetische Streufeld der Ionenkanone 100 mit magnetischer Abschirmungsstruktur zu verringern und die Orbitalverschiebung des von der Elektronenmikroskopsäule 161 emittierten Elektronenstrahls 162 in ausreichendem Maße zu unterdrücken (Konfiguration 1).
Alternativ ist es bei der Ionenkanone 100 mit magnetischer Abschirmungsstruktur durch Ausbildung der magnetischen Abschirmung 171 beispielsweise aus reinem Eisen an Stelle der aus Mu-Metall gebildeten magnetischen Abschirmung als Beschleunigungselektrode möglich, eine magnetische Abschirmwirkung zu erzielen, das magnetische Streufeld der Ionenkanone 100 mit magnetischer Abschirmungsstruktur zu verringern und die Orbitalverschiebung des von der Elektronenmikroskopsäule 161 emittierten Elektronenstrahls 162 in ausreichendem Maße zu unterdrücken (Konfiguration 2).
4 zeigt den Querschnittaufbau zur Erläuterung eines weiteren Beispiels der Ionenkanone mit magnetischer Abschirmungsstruktur im Ionenätzsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die vorliegende Ionenkanone 100 vom Penning-Entladungstyp mit magnetischer Abschirmungsstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass es durch Ausbildung der Beschleunigungselektrode als magnetischer Abschirmung 172 beispielsweise aus reinem Eisen und durch zusätzliche Ausbildung der magnetischen Abschirmung 172 beispielsweise aus reinem Eisen auf einer Oberfläche an einer Seite, an der die Beschleunigungselektrode angeordnet ist, der Ionenkanonenbasis 117, die beispielsweise aus rostfreiem Stahl gebildet ist, möglich wird, das magnetische Streufeld der Ionenkanone 100 mit magnetischer Abschirmungsstruktur weiter zu verringern und die Orbitalverschiebung des von der Elektronenmikroskopsäule 161 emittierten Elektronenstrahls 162 in ausreichendem Maße zu unterdrücken (Konfiguration 3).
5 zeigt den Querschnittaufbau zur Erläuterung eines weiteren Beispiels der Ionenkanone mit magnetischer Abschirmungsstruktur im Ionenätzsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die vorliegende Ionenkanone 100 vom Penning-Entladungstyp mit magnetischer Abschirmungsstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Abdeckung der äußeren Umfangsfläche der Beschleunigungselektrode 115, zum Beispiel aus rostfreiem Stahl, und der Oberfläche an einer Seite, an der die Beschleunigungselektrode 115 angeordnet ist, der Ionenkanonenbasis 117, zum Beispiel aus rostfreiem Stahl, mit einer magnetischen Abschirmung 173, zum Beispiel aus reinem Eisen, es möglich macht, das magnetische Streufeld der Ionenkanone 100 mit magnetischer Abschirmungsstruktur zu verringern und die Orbitalverschiebung des von der Elektronenmikroskopsäule 161 emittierten Elektronenstrahls 162 in ausreichendem Maße zu unterdrücken (Konfiguration 4).
6 zeigt den Querschnittaufbau zur Erläuterung eines weiteren Beispiels der Ionenkanone mit magnetischer Abschirmungsstruktur im Ionenätzsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Ionenkanone 100 vom Penning-Entladungstyp mit magnetischer Abschirmungsstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung einer inneren Umfangsfläche der Beschleunigungselektrode 115, zum Beispiel aus rostfreiem Stahl, und der Oberfläche an der Seite, an der die Beschleunigungselektrode 115 angeordnet ist, der Ionenkanonenbasis 117, zum Beispiel aus rostfreiem Stahl, mit einer magnetischen Abschirmung 174, zum Beispiel aus reinem Eisen, es möglich macht, das magnetische Streufeld der Ionenkanone 100 mit magnetischer Abschirmungsstruktur zu verringern und die Orbitalverschiebung des von der Elektronenmikroskopsäule 161 emittierten Ionenstrahls 162 in ausreichendem Maße zu unterdrücken (Konfiguration 5).
7 zeigt den Querschnittaufbau zur Erläuterung eines weiteren Beispiels der Ionenkanone mit magnetischer Abschirmungsstruktur im Ionenätzsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die vorliegende Ionenkanone 100 vom Penning-Entladungstyp mit magnetischer Abschirmungsstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung einer magnetischen Abschirmung 175, zum Beispiel aus einem ferromagnetischen Material, wie reinem Eisen, im äußersten Bereich der Ionenkanone und die Bildung der magnetischen Abschirmung 175, zum Beispiel aus reinem Eisen, auf der Oberfläche an der Seite, an der die Beschleunigungselektrode 115, zum Beispiel aus rostfreiem Stahl, angeordnet ist, der Ionenkanonenbasis 117, zum Beispiel aus rostfreiem Stahl, es möglich macht, das magnetische Streufeld der Ionenkanone 100 mit magnetischer Abschirmungsstruktur zu verringern und die Orbitalverschiebung des von der Elektronenmikroskopsäule 161 emittierten Elektronenstrahls 162 in ausreichendem Maße zu unterdrücken (Konfiguration 6).
8 zeigt den Querschnittaufbau zur Erläuterung eines weiteren Beispiels der Ionenkanone mit magnetischer Abschirmungsstruktur im Ionenätzsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die vorliegende Ionenkanone 100 vom Penning-Entladungstyp mit magnetischer Abschirmungsstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung des Kathodenrings aus einer magnetischen Abschirmung 176, zum Beispiel aus reinem Eisen, es möglich macht, das magnetische Streufeld der Ionenkanone 100 mit magnetischer Abschirmungsstruktur zu verringern und die Orbitalverschiebung des von der Elektronenmikroskropsäule 161 emittierten Elektronenstrahls 162 in ausreichendem Maße zu unterdrücken (Konfiguration 7).
9 zeigt den Querschnittaufbau zur Erläuterung eines weiteren Beispiels der Ionenkanone mit magnetischer Abschirmungsstruktur im Ionenätzsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die vorliegende Ionenkanone 100 vom Penning-Entladungstyp mit magnetischer Abschirmungsstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung einer magnetischen Abschirmung 177, zum Beispiel aus reinem Eisen, auf einer Innenseite der Beschleunigungselektrode 115, zum Beispiel aus rostfreiem Stahl, es möglich macht, das magnetische Streufeld der Ionenkanone 100 mit magnetischer Abschirmungsstruktur zu verringern und die Orbitalverschiebung des von der Elektronenmikroskopsäule 161 emittierten Elektronenstrahls 162 in ausreichendem Maße zu unterdrücken (Konfiguration 8).
10 zeigt die Intensität des magnetischen Felds, das aus der Ionenkanone 100 mit magnetischer Abschirmungsstruktur mit den einzelnen Konfigurationen im Ionenätzsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform austritt, wobei (a) die Intensitäten in den Fällen der Konfigurationen 3, 4, 5 und 8 und den Fall der Ionenkanone ohne magnetische Abschirmung zeigt und (b) die Intensitäten in den Fällen der Konfigurationen 1, 2, 6 und 7 und im Fall der Ionenkanone ohne die magnetische Abschirmung zeigt. Die Intensitäten werden als Ergebnis der Berechnung der magnetischen Streufeld-Flussdichten durch einen Magnetfeldsimulator für einen Fall erhalten, bei dem ein Neodym-Magnet mit einer Koerzitivkraft von 859 kA/m mit einer restlichen Magnetflussdichte im Bereich von 1250 bis 1320 mT als Permanentmagnet 114 verwendet wird, der in der Ionenkanone montiert ist. In 10 zeigt die horizontale Achse den Abstand von einem spitzen Ende der Ionenkanone an und die horizontale Achse zeigt die Intensität des magnetischen Streufelds der Ionenkanone an. Beispielsweise beträgt in einem Bereich im Abstand von 80 mm vom spitzen Ende der Ionenkanone die magnetische Streufeldintensität 0,69 mT für die Ionenkanone 101, die nicht mit der magnetischen Abschirmung versehen ist. Andererseits lässt sich die magnetische Streufeldintensität auf 0,12 mT bei der Ionenkanone mit der magnetischen Abschirmungsstruktur mit der Konfiguration 1 erzielen; ein Wert von 0,09 mT bei der Konfiguration 2, ein Wert von 0,03 mT bei der Konfiguration 3, ein Wert von 0,12 mT bei der Konfiguration 4, ein Wert von 0,27 mT bei der Konfiguration 5, ein Wert von 0,12 mT bei der Konfiguration 6, ein Wert von 0,42 mT bei der Konfiguration 7 und ein Wert von 0,34 mT bei der Konfiguration 8. Es ist darauf hinzuweisen, dass sich die magnetische Streufeldintensität beliebig in einem Bereich von 4% bis 60% des Werts für die Ionenkanone, die nicht mit der magnetischen Abschirmung versehen ist, einstellen lässt, indem man die entsprechende Struktur der der Ionenkanone hinzugefügten magnetischen Abschirmung wählt.
Wie vorstehend ausgeführt, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, ein Ionenätzsystem bereitzustellen, das die Ionenkanone vom Penning-Entladungstyp umfasst, das das magnetische Streufeld der Ionenkanone verringern kann und das in ausreichendem Maße die Orbitalverschiebung des von der Elektronenmikroskopsäule emittierten Elektronenstrahls unterdrücken kann.
11 zeigt die axiale Magnetfeldintensität innerhalb der Ionenkanone, wobei (a) die Intensitäten in den Fällen der Konfigurationen 3, 4, 5 und 8 und im Fall der Ionenkanone ohne die magnetische Abschirmung zeigt und (b) die Intensitäten in den Fällen der Konfigurationen 1, 2, 6 und 7 und im Fall der Ionenkanone ohne die magnetische Abschirmung zeigt. Die Intensitäten werden als Ergebnis der Berechnung der axialen Magnetfeldintensitäten durch den Magnetfeldsimulator erhalten, wobei der Neodym-Magnet mit der Koerzitätskraft von 859 kA/m bei einer restlichen Magnetflussdichte im Bereich von 1250 bis 1320 mT als Permanentmagnet 114 verwendet wird, der in der Ionenkanone montiert ist. Auf den Koordinaten der Z-Achse, die durch eine horizontale Achse in 11 angegeben ist, liegt eine Position, bei der der Magnet angeordnet ist, im Bereich von Z = -22,5 mm bis -10,5 mm. Dieser Bereich hat die Funktion einer Plasmaerzeugungskammer innerhalb der Ionenkanone. Die axiale Magnetfeldintensität beträgt etwa 220 mT für die Ionenkanone 101, die nicht mit der magnetischen Abschirmung versehen ist. Andererseits beträgt die axiale Magnetfeldintensität etwa 120 mT für die Ionenkanone der Konfiguration 1 mit der magnetischen Abschirmungsstruktur, etwa 90 mT bei der Konfiguration 2, etwa 60 mT bei der Konfiguration 3, etwa 105 mT bei der Konfiguration 4, etwa 100 mT bei der Konfiguration 5, etwa 180 mT bei der Konfiguration 6, etwa 130 mT bei der Konfiguration 7 und etwa 140 mT bei der Konfiguration 8. Es ist darauf hinzuweisen, dass die axiale Magnetfeldintensität innerhalb der Ionenkanone 100 mit der magnetischen Abschirmungsstruktur beliebig in einem Bereich von 27 bis 82% des Werts für die Ionenkanone, die nicht mit der magnetischen Abschirmung versehen ist, eingestellt werden kann, indem man die Struktur der magnetischen Abschirmung, die der Ionenkanone hinzuzufügen ist, auswählt.
Nachstehend wird das Ergebnis der Studie über die Beziehung zwischen der axialen Magnetfeldintensität und dem Verhalten des Permanentmagneten 114 erläutert. In Tabelle 1 sind Leistungsmerkmale der verwendeten Magneten aufgeführt. 12 zeigt das Ergebnis der Berechnung der Magnetfeldintensitäten (magnetische Flussdichten) auf einer zentralen Achse der Ionenkanone durch den Magnetfeldsimulator in Fällen, bei denen als Permanentmagnet 114 vier Typen von Magneten, nämlich die Magneten A bis D von Tabelle 1, in die Ionenkanone 101, die nicht mit der magnetischen Abschirmung versehen ist, eingebaut sind. Die in Tabelle 1 aufgeführten Zahlenwerte werden als restliche Magnetflussdichten und Koerzitivkräfte, die für die Berechnung herangezogen werden, verwendet. Auf den Z-Achsen-Koordinaten, die durch die horizontale Achse von 12 angegeben sind, liegt die Position, an der die einzelnen Magneten angeordnet sind, im Bereich von Z = -22,5 mm bis -10,5 mm. Dieser Bereich hat die Funktion der Plasmaerzeugungskammer innerhalb der Ionenkanone. Die axiale Magnetfeldintensität beträgt etwa 220 mT für den Magneten A, etwa 195 mT für den Magneten B, etwa 160 mT für den Magneten C und etwa 145 mT für den Magneten D.

Tabelle 1

	Magnet A	Magnet B	Magnet C	Magnet D
maximales Energieprodukt: (BH) max (kJ/m³)	302-334	223-247	175-191	127-143
restliche Magnetflussdichte: Br (mT)	1250-1320	1080-1150	≥ 950	≥ 850
Koerzitivkraft: HcB(kA/m)	≥ 859	≥ 796	≥ 637	≥ 660
axiale Magnetflussdichte (mT)	220	200	160	145

Andererseits zeigt 13 das Ergebnis der Berechnung der Magnetfeldintensitäten (Magnetflussdichten) auf der zentralen Achse der Ionenkanone durch den Magnetfeldsimulator in Fällen, bei denen als Permanentmagnet 114 die vier Typen von Magneten, d.h. die in Tabelle 1 angegebenen Magneten A bis D, in die Ionenkanone 100 mit der magnetischen Abschirmungsstruktur mit der Konfiguration 2 als Beispiel der vorliegenden Ausführungsform eingebaut sind. Die in Tabelle 1 aufgeführten Zahlenwerte werden als restliche Magnetflussdichten und Koerzitivkräfte, die bei der Berechnung herangezogen werden, verwendet. Bei den Z-Achsenkoordinaten, die durch die horizontale Achse von 13 angegeben sind, liegt die Position, an der der Magnet angeordnet ist, im Bereich von Z = -22,5 mm bis -10,5 mm. Dieser Bereich hat die Funktion der Plasmaerzeugungskammer innerhalb der Ionenkanone.
Die axiale Magnetfeldintensität beträgt etwa 90 mT für den Magneten A, etwa 80 mT für den Magneten B, etwa 65 mT für den Magneten C und etwa 60 mT für den Magneten D. Es ist darauf hinzuweisen, dass die axiale Magnetfeldintensität innerhalb der Ionenkanone 100 mit der magnetischen Abschirmungsstruktur um etwa 41% gegenüber dem Wert der Ionenkanone, die nicht mit der magnetischen Abschirmung versehen ist, verringert wird, indem man die Ionenkanone mit der magnetischen Abschirmungsstruktur mit der Konfiguration 2 verwendet, unabhängig vom Typ des Magneten. Es ist darauf hinzuweisen, dass die axiale Magnetfeldintensität innerhalb der Ionenkanone beliebig innerhalb eines breiten Bereichs eingestellt werden kann, indem man den Typ des Magneten und die Struktur der magnetischen Abschirmung auswählt. Eine Eingrenzung der Kombination zwischen der Auswahl der geeigneten Magnetfeldintensität und der geeigneten Ionisationskammer in Bezug zur gewählten Konfiguration der Ionenkanone macht es möglich, in idealer Weise die Menge der von der Ionenkanone emittierten Ionen zu erhöhen. Dies bedeutet, dass in diesem Fall die magnetische Abschirmung eine Magnetfeld-Steuerungsplatte bildet, die das axiale Magnetfeld steuert. Hierdurch ist es möglich, die Bearbeitungsgeschwindigkeit in Reaktion auf verschiedene Anwendungsmöglichkeiten zu steuern, die sich in Bezug auf Material, Qualität des Materials und dergleichen der zu bearbeitenden Probe unterscheiden. Es ist darauf hinzuweisen, dass diese Wirkung selbst ohne das Elektronenmikroskop erreicht werden kann.
14 zeigt ein Beispiel eines Strahlprofils zur Erläuterung der Wirkungen der vorliegenden Erfindung. Es wird die Spot-Tiefe in einer Ionenkanonenkonfiguration gezeigt, bei der Magnet B von Tabelle 1 in der Ionenkanone 100 mit der magnetischen Abschirmungsstruktur mit der Konfiguration 2 als Beispiel der vorliegenden Ausführungsform montiert ist. Ein in 14 dargestelltes herkömmliches Beispiel zeigt eine Ionenkanone, d.h. die Ionenkanone 101, die nicht mit der magnetischen Abschirmung versehen ist und in die der Magnet B von Tabelle 1 als Permanentmagnet 114 eingebaut ist. Die Ionenkanonenkonfigurationen sowohl für die vorliegende Ausführungsform als auch für das herkömmliche Beispiel waren so beschaffen, dass der Anodeninnendurchmesser 4 mm betrug und der Durchmesser der Anodenauslassöffnung 131 4 mm betrug. Die Beschleunigungsspannung betrug 6 kV, die Entladungsspannung 1,5 kV und Ar-Gas mit einer Fließgeschwindigkeit von 0,07 cm³/min wurde als in die Ionenkanone eingeleites Gas verwendet. Silizium wurde als zu bearbeitendes Material verwendet. Der Ätzvorgang wurde ohne eine Maske, die als Maskierungsschild diente, für 1 Stunde durchgeführt. Auf diese Weise wurden die Strahlprofile erhalten. Das in 14 dargestellte Ergebnis zeigt, dass die Tiefe der Strahlspur etwa 100 µm für das herkömmliche Beispiel betrug, während die Tiefe der Strahlspur bei der Konfiguration 2 etwa 300 µm betrug, d.h. die aufgezeichnete Ätzrate betrug 300 µm/Stunde. Dadurch ist es möglich, eine im Vergleich zum herkömmlichen Beispiel etwa dreimal größere Ätzrate zu erreichen. Ferner wird selbst in diesem Fall der Spot-Durchmesser des Ionenstrahls nicht verringert.
Wie vorstehend erläutert, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, ein Ionenätzsystem bereitzustellen, das die Orbitalverschiebung des von der Elektronenmikroskopsäule emittierten Elektronenstrahls zu unterdrücken, indem man der Ionenkanone die magnetische Abschirmungsstruktur hinzufügt. Ferner ist es möglich, die axiale Magnetfeldintensität innerhalb der Ionenkanone unter Erzielung eines optimalen Werts zu steuern, indem man die Ionenkanone mit der magnetischen Abschirmungsstruktur versieht. Außerdem ist es möglich, ein Ionenätzsystem vom Penning-Entladungstyp bereitzustellen, bei dem die Ätzrate wesentlich höher ist als bei der herkömmlichen Technik oder bei dem der optimale Wert der Ätzrate in Bezug zu verschiedenen Materialien erzielt werden kann oder dergleichen.
Zweite Ausführungsform
Nachstehend wird ein Ionenätzsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Es wird darauf hingewiesen, dass Sachverhalte, die bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurden, jedoch in der vorliegenden Ausführungsform nicht abgehandelt werden, auch für die vorliegende Ausführungsform gelten, sofern nicht besondere Umstände vorliegen.
15 zeigt ein Querschnittsdiagramm zur Erläuterung eines Beispiels einer Ionenkanone (unter Einschluss eines Beschleunigungselektroden-Führungselements) im Ionenätzsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der Aufbau ist grundlegend der gleiche wie bei der Konfiguration 2 der ersten Ausführungsform. Ein Unterschied zwischen der in 15 dargestellten Ionenkanone und der Konfiguration 2 besteht darin, dass die in 15 dargestellte Beschleunigungselektrode 180 vom magnetischen Abschirmungstyp eine Struktur aufweist, die in drei Teile aufgespalten ist und ein Beschleunigungselektroden-Führungselement 181, ein erstes Beschleunigungselektrodenelement 182 und ein zweites Beschleunigungselektrodenelement 183 aufweist.
Das Beschleunigungselektroden-Führungselement 181 ist aus einem Material, zum Beispiel aus rostfreiem Stahl, gefertigt, das sich von der ferromagnetischen Substanz unterscheidet. Es ist an der Ionenkanonenbasis 117 angeschraubt (oder eingepasst). Das erste Beschleunigungselektrodenelement 182 ist aus der ferromagnetischen Substanz, zum Beispiel aus reinem Eisen, gebildet und entlang eines äußeren Umfangs des Beschleunigungselektroden-Führungselements 181 eingepasst und wird durch das Magnetfeld des Permanentmagneten 114 gehalten. Das zweite Beschleunigungselektrodenelement 183 ist aus der ferromagnetischen Substanz, zum Beispiel aus reinem Eisen, gebildet und weist eine solche Struktur auf, dass das zweite Beschleunigungselektrodenelement 183 in Bezug zur Ionenkanone 100 mit der magnetischen Abschirmungsstruktur so angeordnet ist, dass es in die Rillen, die in den spitzen Endbereichen des Beschleunigungselektroden-Führungselements 181 und des ersten Beschleunigungselektrodenelements 182 ausgebildet sind, passt. Durch die Konfiguration der Beschleunigungselektrode vom Abschirmungstyp mit einer in drei Teile aufgespaltenen Struktur lässt sich das Anbringen des Beschleunigungselektroden-Führungselements 181, das aus einem anderen Material als die ferromagnetische Substanz gebildet ist, zunächst ohne Einfluss des Permanentmagneten 114 erleichtern, und anschließend werden das erste und das zweite Beschleunigungselektrodenelement, bei denen es sich um die magnetischen Materialien handelt, unter Verwendung dieses Beschleunigungselektroden-Führungselements angebracht. Mit anderen Worten, die Beschleunigungselektrode 180 vom magnetischen Abschirmungstyp, bei der es sich um das ferromagnetische Material handelt, kann ohne Beeinträchtigung des Permanentmagneten 114 entfernt werden, und eine wartungsfreundliche Beschaffenheit lässt sich gewährleisten.
16 ist eine Querschnittansicht zur Erläuterung eines Beispiels einer Ionenkanone (einschließlich des Beschleunigungselektroden-Führungselements) im Ionenätzsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Konfiguration ist im Wesentlichen die gleiche wie bei der Konfiguration 2 der ersten Ausführungsform. Ein Unterschied zwischen der Konfiguration der in 16 gezeigten Ionenkanone und der Konfiguration 2 besteht darin, dass die in 16 dargestellte Beschleunigungselektrode vom magnetischen Abschirmungstyp eine in zwei Teile aufgespaltene Struktur aufweist und das Beschleunigungselektroden-Führungselement 181 und das Beschleunigungselektrodenelement 182 umfasst.
Das Beschleunigungselektroden-Führungselement 181 ist aus einem Material, zum Beispiel aus rostfreiem Stahl, gefertigt, das sich von der ferromagnetischen Substanz unterscheidet, und ist durch Verschrauben an der Ionenkanonenbasis 117 befestigt. Das Beschleunigungselektrodenelement 182 ist aus der ferromagnetischen Substanz, zum Beispiel aus reinem Eisen, gebildet und weist eine solche Struktur auf, dass das Beschleunigungselektrodenelement 182 in die Ionenkanonenbasis 117 entlang des äußeren Umfangs des Beschleunigungselektroden-Führungselements 181 eingepasst ist und in Bezug zur Ionenkanone 100 mit der magnetischen Abschirmungsstruktur so positioniert ist, dass es an der Ionenkanonenbasis 117 durch das magnetische Feld des Permanentmagneten 114 gehalten wird. Die Konfiguration der Beschleunigungselektrode 180 vom Abschirmungstyp mit der in zwei Teile aufgespaltenen Struktur kann das Anbringen des Beschleunigungselektroden-Führungselements 181, das aus einem von der ferromagnetischen Substanz abweichenden Material gebildet ist, zunächst ohne den Einfluss des Permanentmagneten 114, und das anschließende Anbringen des Beschleunigungselektrodenelements 182, das aus dem magnetischen Material besteht, unter Verwendung dieses Beschleunigungselektroden-Führungselements 181 erleichtern. Mit anderen Worten, die Beschleunigungselektrode 180 vom Magnetabschirmungstyp, d.h. das ferromagnetische Material, kann ohne Beeinträchtigung des Permanentmagneten 114 entfernt werden, und eine leichte Wartbarkeit lässt sich gewährleisten. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Beschleunigungselektroden-Führungselement aufgrund der Verwendung der Beschleunigungselektrode als magnetische Abschirmung vorgesehen; grundlegend lassen sich jedoch ähnliche Effekte auch durch Bereitstellung eines magnetischen Abschirmungsführungselements erzielen, das aus einem von der ferromagnetischen Substanz abweichenden Material gebildet ist.
Wie vorstehend ausgeführt, lassen sich mit der vorliegenden Ausführungsform ähnliche Wirkungen wie bei der ersten Ausführungsform erzielen. Ferner ist es durch Bereitstellung des magnetischen Abschirmungsführungselements, wie des Beschleunigungselektroden-Führungselements, das aus einem von der ferromagnetischen Substanz abweichenden Material gefertigt ist, möglich, das Anbringen oder Entfernen der ferromagnetischen Magnetabschirmung zu erleichtern und die einfache Wartung zu gewährleisten.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann verschiedene Modifikationen umfassen. Beispielsweise wurden die vorerwähnten Ausführungsformen ausführlich erläutert, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele mit sämtlichen bisher beschriebenen Konfigurationen beschränkt. Ferner kann die Konfiguration einer bestimmten Ausführungsform teilweise durch die Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden oder es können Konfigurationen anderer Ausführungsformen zu einer bestimmten Ausführungsform hinzugefügt werden. Außerdem kann ein Teil der Konfiguration einer jeden Ausführungsform durch Hinzufügungen, Weglassungen und Ersatzmaßnahmen aus anderen Konfigurationen modifiziert werden.
Die vorliegende Erfindung wurde zwar vorstehend ausführlich erläutert, sie umfasst aber grundlegend die folgenden Aspekte:

(1) Ein Ionenätzsystem, das Folgendes umfasst: eine Ionenkanone, die einen Permanentmagneten umfasst und die Ionen zur Bearbeitung einer Probe erzeugt; und ein Rasterelektronenmikroskop zur Betrachtung der Probe; wobei das Ionenätzsystem eine magnetische Abschirmung umfasst, die ein vom Permanentmagneten ausgehendes magnetisches Streufeld verringert; und wobei die magnetische Abschirmung eine Magnetfeldsteuerplatte bildet, die das axiale Magnetfeld innerhalb der Ionenkanone durch Veränderung der Struktur der magnetischen Abschirmung steuert.
(2) Ein Ionenätzsystem, das eine Ionenkanone umfasst, die einen Permanentmagneten umfasst und Ionen zur Bearbeitung einer Probe erzeugt; wobei eine Magnetfeldsteuerplatte so angeordnet ist, dass die Magnetfeldsteuerplatte den äußeren Umfang des Permanentmagneten umgibt, aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist und die axiale Magnetfeldintensität der Ionenkanone steuert.
(3) Ein Ionenätzsystem gemäß Abschnitt (2), wobei die Ionenkanone eine Beschleunigungselektrode, die die Ionen beschleunigt, und eine Ionenkanonenbasis, die den Permanentmagneten und die Beschleunigungselektrode hält, umfasst; und wobei auch eine Magnetfeldsteuerplatte an einer Oberfläche an einer Seite, an der die Beschleunigungselektrode angeordnet ist, der Ionenkanonenbasis vorgesehen ist.
(4) Ein Ionenätzsystem nach Abschnitt (2), wobei die axiale Magnetfeldintensität innerhalb der Ionenkanone durch Veränderung der Struktur der Magnetfeldsteuerplatte gesteuert wird.

Bezugszeichenliste

100: Ionenkanone mit magnetischer Abschirmungsstruktur
101: Ionenkanone
102: Ionenstrahl
103: Ionenkanonensteuerbereich
104: Vakuumkammer
105: Evakuierungssystem
106: Probe
107: Probentisch
108: Probentischantriebsbereich
109: Probentischantriebssteuerbereich
111: erste Kathode
112: zweite Kathode
113: Anode
114: Permanentmagnet
115: Beschleunigungselektrode
116: Isolator
117: Ionenkanonenbasis
118: Ionisationskammer
119: Kathodenring
121: Entladungsstromquelle
122: Beschleunigungsstromquelle
131: Anodenauslassöffnung
132: Kathodenauslassöffnung
133: Beschleunigungselektrodenauslassöffnung
141: Gaszufuhrmechanismus
142: Gasquelle
151: Strommesseinrichtung
152: Antriebseinrichtung des Strommesselements
153: Strommesselement
161: Elektronenmikroskopsäule
162: Elektronenstrahl
171, 172, 173, 174, 175, 176, 177: magnetische Abschirmung
180: Beschleunigungselektrode vom magnetischen Abschirmungstyp
181: Beschleunigungselektroden-Führungselement
182, 183: Beschleunigungselektrodenelement

Claims

Ionenätzsystem, umfassend: eine Ionenkanone (100), die Ionen zur Bearbeitung einer Probe erzeugt; und ein Rasterelektronenmikroskop zur Betrachtung der Probe, dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenkanone (100) einen Permanentmagneten (114) umfasst, und das Ionenätzsystem eine magnetische Abschirmung (171-177, 180) zum Abschirmen eines von der Ionenkanone (100) ausgehenden magnetischen Streufelds des Permanentmagneten gegenüber dem Elektronenstrahl des Rasterelektronenmikroskops umfasst.
Ionenätzsystem nach Anspruch 1, wobei die Ionenkanone (100) eine Beschleunigungselektrode (115, 180) umfasst, die die Ionen beschleunigt; und die magnetische Abschirmung die Beschleunigungselektrode (115, 180) darstellt, die aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist.
Ionenätzsystem nach Anspruch 2, wobei die Ionenkanone (100) eine Ionenkanonenbasis (117) umfasst, die den Permanentmagneten (114) und die Beschleunigungselektrode (115, 180) hält; und ein ferromagnetisches Material auf einer Oberfläche an der Seite, an der die Beschleunigungselektrode angeordnet ist, der Ionenkanonenbasis (117) vorgesehen ist.
Ionenätzsystem nach Anspruch 1, wobei die Ionenkanone (100) Folgendes umfasst: eine Beschleunigungselektrode (115, 180), die die Ionen beschleunigt; und eine Ionenkanonenbasis (117), die den Permanentmagneten (114) und die Beschleunigungselektrode (115, 180) hält; und die magnetische Abschirmung aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist, mit dem eine äußere Umfangsfläche der Beschleunigungselektrode (115, 180) und eine Oberfläche an der Seite, an der die Beschleunigungselektrode angeordnet ist, der Ionenkanonenbasis (117) bedeckt sind.
Ionenätzsystem nach Anspruch 1, wobei die Ionenkanone (100) Folgendes umfasst: eine Beschleunigungselektrode (115, 180), die die Ionen beschleunigt; und eine Ionenkanonenbasis (117), die den Permanentmagneten (114) und die Beschleunigungselektrode (115, 180) hält; und die magnetische Abschirmung aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist, mit dem eine innere Umfangsfläche der Beschleunigungselektrode (115, 180) und eine Oberfläche an der Seite, an der die Beschleunigungselektrode angeordnet ist, der Ionenkanonenbasis (117) bedeckt sind.
Ionenätzsystem nach Anspruch 1, wobei die Ionenkanone (100) Folgendes umfasst: eine Beschleunigungselektrode (115, 180), die die Ionen beschleunigt; und eine Ionenkanonenbasis (117), die den Permanentmagneten (114) und die Beschleunigungselektrode (115, 180) hält; und die magnetische Abschirmung gebildet ist aus einem ferromagnetischen Material, das an einer Oberfläche an der Seite, an der die Beschleunigungselektrode angeordnet ist, der Ionenkanonenbasis (117) vorgesehen ist, und einem ferromagnetischen Material, mit dem die Beschleunigungselektrode (115, 180) bedeckt ist und das im Abstand von der Beschleunigungselektrode angeordnet ist.
Ionenätzsystem nach Anspruch 1, wobei die Ionenkanone (100) einen Kathodenring (119) umfasst, der an einer äußeren Umfangsfläche des Permanentmagneten (114) angeordnet ist, und es sich bei der magnetischen Abschirmung um den Kathodenring (119), der aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist, handelt.
Ionenätzsystem nach Anspruch 1, wobei die magnetische Abschirmung aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist, das den äußeren Umfang des Permanentmagneten (114) umgibt und das im Abstand vom Permanentmagneten angeordnet ist.
Ionenätzsystem nach Anspruch 1, wobei die magnetische Abschirmung aus Mu-Metall, reinem Eisen, Nickel, Kupfer, Molybdän und einem Material, das mindestens einen Typ von Mu-Metall, reinem Eisen, Nickel, Kupfer und Molybdän als Hauptkomponente enthält, gebildet ist.
Ionenätzsystem nach Anspruch 2, wobei die Ionenkanone (100) eine Ionenkanonenbasis (117) umfasst, die den Permanentmagneten (114) und die Beschleunigungselektrode (115, 180) hält, wobei die Beschleunigungselektrode (115, 180) in drei Teile aufgespalten ist, bei denen es sich um ein Beschleunigungselektroden-Führungselement (181), ein erstes Beschleunigungselektrodenelement (182) und ein zweites Beschleunigungselektrodenelement (183) handelt, wobei das Beschleunigungselektroden-Führungselement (181) aus einem Material, das sich von einer ferromagnetischen Substanz unterscheidet, gebildet ist und an der Ionenkanonenbasis (117) befestigt ist, wobei das erste Beschleunigungselektrodenelement (182) aus der ferromagnetischen Substanz gebildet ist und an einer Außenseite des Beschleunigungselektroden-Führungselements (181) installiert ist, wobei das zweite Beschleunigungselektrodenelement (183) aus der ferromagnetischen Substanz gebildet ist und durch Positionierung durch das Beschleunigungselektroden-Führungselement (181) und das erste Beschleunigungselektrodenelement (182) installiert ist, und wobei das erste und das zweite Beschleunigungselektrodenelement (182, 183) durch ein Magnetfeld des Permanentmagneten (114) gehalten werden.
Ionenätzsystem nach Anspruch 1, wobei die magnetische Abschirmung ein magnetisches Abschirmungsführungselement umfasst, das eine Außenseite des Permanentmagneten (114) umgibt und aus einem nicht-ferromagnetischen Material gebildet ist; sowie ein magnetisches Abschirmungselement umfasst, das eine Außenseite des magnetischen Abschirmungsführungselements umgibt und aus dem ferromagnetischen Material gebildet ist.
Ionenätzsystem nach Anspruch 1, wobei die magnetische Abschirmung eine Magnetfeldsteuerplatte (172, 174, 176) bildet, die ein axiales Magnetfeld innerhalb der Ionenkanone (100) durch Veränderung der Struktur der magnetischen Abschirmung steuert.
Ionenätzsystem nach Anspruch 12, wobei eine Magnetfeldsteuerplatte (176) so angeordnet ist, dass sie einen äußeren Umfang des Permanentmagneten (114) umgibt, aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist und die axiale Magnetfeldintensität innerhalb der Ionenkanone steuert.
Ionenätzsystem nach Anspruch 13, wobei die Ionenkanone (100) eine Beschleunigungselektrode (115, 180) umfasst, die die Ionen beschleunigt; sowie eine Ionenkanonenbasis (117), die den Permanentmagneten (114) und die Beschleunigungselektrode (115, 180) hält; und wobei die Magnetfeldsteuerplatte (176) auch an einer Oberfläche an einer Seite, an der die Beschleunigungselektrode angeordnet ist, der Ionenkanonenbasis (117) vorgesehen ist.
Ionenätzsystem nach Anspruch 13, wobei die axiale Magnetfeldintensität innerhalb der Ionenkanone (100) durch Veränderung der Struktur der Magnetfeldsteuerplatte gesteuert ist.