DE19608082A1 - Ionenstrahlpräparationsvorrichtung für die Elektronenmikroskopie - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Ionenstrahlpräparationsvor­ richtung für die Bearbeitung von Proben für die Elektronenmi­ kroskopie mit einer Vakuumkammer und mindestens einer Ionenquel­ le zum Beschießen einer Probe in einem Probenhalter mit einem Edelgasionenstrahl insbesondere mit Argonionen.

Für die elektronenmikroskopische Beobachtung von Proben müssen diese in geeigneter Weise z. B. durch Ionenstrahlätzung präpa­ riert werden (D. G. Howitt, Ion Milling of Materials Science Spe­ cimens for Electron Microscopy: A Review, Journal of Electron Microscopy Technique 1: 405-414 (1984); A. Garulli, A. Armigliato, M. Vanzi, Preparation of Silicon Specimens for Transmission Electron Microscopy, J. Microsc. Spectrosc. Electron. Vol. 10, No 2, 1985, 135-144).

Das Ionenstrahlätzen zur Präparation von Proben für die Raster­ elektronenmikroskopie (REM) und die Transmissionselektronenmi­ kroskopie (TEM) ist eine Methode, die besonders dort eingesetzt wird, wo die konventionellen chemischen und elektrochemischen Verfahren versagen oder nur sehr unzureichende Präparations­ ergebnisse liefern. Das gilt besonders für die TEM-Querschnittspräparation von Material- und Schichtkombinationen mit stark selektiven Ätzverhalten und für chemisch resistente Materialien. Hier hat sich das Ionenstrahlätzen heute zu einer routinemäßig genutzten Methode entwickelt.

Während man in den Anfängen die Querschnittsproben meist mit Transmissionselektronenmikroskopen mit 100 kV Beschleunigungs­ spannung untersuchte, ist man heute dazu übergegangen, Mittel­ spannungsgeräte mit 300 kV und Feldemissionsquellen (FEG) zu verwenden. Diese Geräte garantieren eine gleichmäßigere Durch­ strahlbarkeit der Querschnittsproben und sind in der Lage, Strahlsonden im nm-Bereich zu formen. Damit sind die technischen Voraussetzungen geschaffen, Strukturuntersuchungen und Material­ analysen (EELS, EDX) in kleinsten Bereichen, also auch an Nano­ strukturen, durchzuführen.

Die Entwicklung der Nanotechnologie, d. h. die Erzeugung und Nutzung von Strukturen mit Abmessungen im Submikrometer- und Nanometerbereich (z. B. Halbleiter-Bauelementestrukturen), stellt neue wesentlich höhere Anforderungen an die Präpara­ tionstechniken. Die notwendige Zielpräparation von Strukturen mit extrem geringen Abmessungen macht eine wesentlich bessere Beobachtungsmöglichkeit der Probe während des Ätzvorganges er­ forderlich, um das jeweilige Stadium der Probenpräparation exakt beurteilen zu können.

Die heute bekannten konventionellen Ionenstrahlätzanlagen, wie z. B.: die RES 010 von BAL-TEC, die PIPS Modell 691 und die Dual Ion Mill von Gatan sowie die Ion Beam Thinning Unit von Technoorg LINDA verwenden zur Probenbeobachtung Lichtmikroskope mit einer maximal 100-fachen Vergrößerung. Dies ist meist schon bei der Querschnittspräparation von einfachen Mehrschichtsyste­ men unzureichend, da man den Zeitpunkt des Abbruchs des Ätzvor­ ganges nicht genau bestimmen kann. Im Falle der Zielpräparation von ausgewählten Strukturen ist eine in situ-Beurteilung, ob sich die interessierende Struktur im abgedünnten Probenbereich befindet völlig unmöglich. Das gilt schon für Strukturen (auch für Wiederholstrukturen) im µm-Bereich! Die Folge ist ein auf­ wendiger "try and errot"-Prozeß, bei dem die Probe mehrfach zwischen Ätzanlage und Transmissionselektronenmikroskop bzw. den entsprechenden Probenhaltern transferiert werden muß. Häufig ist eine zerstörte Probe das Endergebnis.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Ionenstrahlätzanlagen be­ steht in der schlechten Beherrschbarkeit des Endstadiums des Ätzvorganges. Weder die optische Beobachtungsmöglichkeit noch die von den bekannten Ionenstrahlätzanlagen verwendeten Ab­ schaltautomatiken gestatten die Bestimmung des exakten Abbruchs des Ätzvorganges. Die verwendeten optischen und elektrischen Ab­ schaltautomatiken sind nicht so sensibel, daß der Ätzvorgang rechtzeitig abgeschaltet wird. Das gilt besonders bei der Ionen­ strahlpräparation von Querschnittsproben. Eine gewisse Verbesse­ rung bietet die RES 010 von BAL-TEC, die einen speziellen Pro­ benhalter mit eingebautem Faraday-Cup zur Detektion aller gela­ denen Teilchen nutzen. Dieser Aufbau schränkt allerdings die Möglichkeiten des Probenhalters stark ein, da die Probe nicht rückseitig gedünnt und beobachtet werden kann.

Neben der beschriebenen konventionellen Ätztechnik existiert ei­ ne weitere Technik, die ursprünglich zur Fehleranalyse von Schaltkreisen der Mikroelektronik entwickelt wurde. Mit Hilfe eines gerasterten, feinfokussierten (⌀ im nm-Bereich) Ionen­ strahls kann die Probe gezielt geätzt und mittels Ionenmi­ kroskopie auch beobachtet werden. Diese fokussierte Ionenstrahl-Technik (FIB) wird heute auch zur Präparation von Proben für die Rasterelektronenmikroskopie (REM) und die Transmis­ sionselektronenmikroskopie genutzt. Dazu werden die interessie­ renden Probenbereiche unter Verwendung von Ga-Flüssigmetall-Ionenquellen mit extrem hohen Ionenstromdichten von bis zu 10 A/cm² einseitig (Böschung für die REM-Untersuchung) oder zweiseitig (Stege für die TEM-Untersuchung) angeschnitten. Die in situ Beobachtung des Ätzvorganges erfolgt mit den durch den Ionenstrahl ausgelösten Sekundärteilchen (z. B. Hitachi FB 2000, FEI FIB 200, 600 und 800) und neuerdings auch durch ein zusätzli­ ches Rasterelektronenmikroskop (FEI Dual Beam FIB/SEM worksta­ tion). Der feinfokussieret Ionenstrahl und eine exakte Positio­ nierungsmöglichkeit von Probe und Ionenstrahl ermöglichen eine genaue Zielpräparation der Probe. Das nur bei ruhender Probe mögliche Ionenstrahlätzen führt allerdings zu starken Vor­ zugsstrukturierungen an den Ätzböschungen. Besonders nachteilig wirkt sich das bei Mehrschichtsystemen mit stark selektivem Ätz­ charakter aus. Der Einsatz der notwendigen hohen Ionenstromdich­ ten hat eine starke Rückbeschichtung der Ätzböschungen und eine hohe lokale Aufheizung der Probe zur Folge. TEM-Proben können nur als ca. 100 nm dicke Stege hergestellt werden, was eine hochaufgelöste TEM-Untersuchung (HRTEM) an ausgewählten Proben­ bereichen unmöglich macht. Da die Stege durch starke Seitenwände des verbliebenen Probenmaterials fixiert werden müssen, ist eine Kippung der Probe im TEM zur exakten Probenorientierung aufgrund der Abschattungseffekte nur in einem sehr begrenzten Masse mög­ lich. Zur Herstellung von TEM-Proben ist eine Beschichtung der Probenoberfläche notwendig. Eine simultane Beobachtung der Probe während des Ätzens ist nur bei der Dual Beam von FEI im REM-Modus möglich. Bei allen anderen Geräten muß die Probe in eine Beobachtungsposition gebracht werden und kann nur mit dem Ionen­ mikroskop beobachtet werden. Das hat auch bei verringerter Ionenstromdichte und Beschleunigungsspannung den Nachteil, daß während der Beobachtung Material von der interessierenden Pro­ benstelle abgetragen oder Beschußionen implantiert werden, wo­ durch es zu einer Veränderung des Ausgangsmaterials der Probe kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, insbesondere aber Proben unter ständiger, präziser Kontrolle wirtschaftlich mit wenig Ausschuß zu ätzen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Vorrichtung nach An­ spruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere vorteilhafte Ausführungsformen.

Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 zur Präparation von Proben für die Transmissions- und die Rasterelektronenmikroskopie ermög­ licht eine rasterelektronenmikroskopische Beobachtung der Probe während des Ätzvorganges im REM- und Transmissionsrasterelektro­ nenmikroskopie (TREM)-Modus und erlaubt damit ständig Aussagen über das jeweilige Ätzstadium sowie eine exakte optische Bestim­ mung des Zeitpunktes des Abbruchs des Ätzvorganges und die auto­ matische Abschaltung der Probendünnung mittels der von einem Elektronendetektor (TE-Detektor) registrierten transmittierten Elektronen, ohne dabei die Präparationsmöglichkeiten der Vor­ richtung einzuschränken.

Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 besteht dazu aus einer Vakuum­ kammer mit einem Pumpensystem, mindestens einer Ionenquelle zum Beschießen der Probe in einem Probenhalter mit Edelgasionen, vorzugsweise mit Argonionen, wobei für höhere Ätzgeschwindigkei­ ten und damit kürzere Präparationszeiten auch mehr als eine, vorzugsweise zwei Ionenquellen verwendet werden können. Der Pro­ benhalter ermöglicht eine Rotation und eine Kippung der Probe. Durch die Probenrotation wird eine homogene Abtragung der Pro­ benoberfläche während des Ionenstrahlätzens erreicht und die Möglichkeit der Probenkippung erhöht die Variationsbreite der Präparationsparameter, wie z. B. der Beschußwinkel.

Auf dem Rezipienten ist die Säule eines Rasterelektronenmi­ kroskops angebracht, deren Längsachse auf die Probe gerichtet ist. Mindestens ein erster Elektronendetektor, bestehend bei­ spielsweise und vorzugsweise aus Szintilator, Lichtleiter und Fotomultiplier, zur Registrierung der Sekundärelektronen (SE-Detektor) ist zur Längsachse der REM-Säule verkippt angeordnet, wodurch Probenhalter und Dektor bei unterschiedlichen Kippwinkeln des Probenhalters ständig in günstiger Position bezüglich eines ausreichenden Elektronen-Signals für den SE-Detektor ste­ hen. Damit kann im Gegensatz zum Stand der Technik die Probe in einer Auflösung im nm-Bereich beobachtet werden, wodurch eine genaue Beurteilung des Stadiums des Präparationsvorganges mög­ lich ist, was besonders bei der gezielten Präparation von klein­ sten Strukturen (Zielpräparation) von fundamentaler Bedeutung ist.

Ein zweiter Elektronendetektor, vorzugsweise ein Halbleiterde­ tektor, zur Registrierung der transmittierten Elektronen (TE-Detektor) ist in Achsrichtung der REM-Säule hinter der Probe an­ geordnet und ermöglicht eine transmissionsrasterelektronenmi­ kroskopische (TREM) Abbildung der durchstrahlbaren Bereiche der abzudünnenden Probe. Dadurch kann in situ bei einer Auflösung im nm-Bereich entschieden werden, wie gut die Probe durchstrahlbar ist, ob sich im Falle einer Zielpräparation die interessierenden Strukturen im elektronentransparenten Bereich der Probe befinden und ob der Ätzvorgang weitergeführt oder abgebrochen werden soll. Die Strukturen gönnen durch eine Linienbreitenmessung, realisierbar durch die Software des Rasterelektronenmikroskops, in situ ausgemessen und damit unterschieden werden. Die Möglich­ keit der in situ -Beurteilung des Präparationsergebnisses und des Ätzendpunktes unmittelbar in der Ionenstrahlätzvorrichtung stellt gegenüber dem Stand der Technik einen weiteren großen Vorteil dar.

Zu diesem Zweck ist der TE-Detektor mit einer Steuervorrichtung verbunden, die mit der Stromversorgung der Ionenquellen gekop­ pelt ist und bei Registrierung eines vorgegebenen Detektorstro­ mes die Ionenquellen abschalten kann. Diese Abschaltautomatik ist wesentlich sensibler als die bekannten Abschaltautomatiken und unterbricht den Ätzvorgang bevor beispielsweise ein Loch in der Probe entsteht.

Das Mikroskop und die Elektronendetektoren werden während des Ätzvorganges der Probe vorzugsweise durch verschließbare Blen­ den vor Verschmutzung geschützt. Der Schutz der empfindlichen Teile der Elektronendetektoren und des Rasterelektronenmi­ kroskops erhöht die Reproduzierbarkeit der Probenbeobachtung und die Standzeiten zwischen den Reinigungen wesentlich.

Der Probenhalter ist durch seine Bewegungsmöglichkeit in x,y,z-Richtung bezüglich der Achsrichtung des Mikroskops zentrierbar und der Arbeitsabstand zwischen Mikroskop und Probenhalter ein­ stellbar, wodurch die Probe aus der Präparationsposition in den optimalen Arbeitsabstand des Mikroskops und danach wieder in die voreingestellte Ausgangsposition gebracht werden kann.

Die verwendeten Ionenquellen liefern einen starren, fokussierten Edelgasionenstrahl mit Ionenstromdichten unter 100 mA/cm², vor­ zugsweise unter 30 mA/cm², um eine kurze Ätzzeit bei schonender Probenpräparation zu erreichen.

Direkt unter der Austrittsöffnung des Rasterelektronenmi­ kroskops kann beispielsweise ein dritter Elektronendetektor, vorzugsweise ein Halbleiterdetektor, zur Registrierung der rück­ gestreuten Elektronen (RE-Detektor) angebracht werden, womit die Probenabbildung zusätzlich und wahlweise im Massenkontrast oder Topografiekontrast abgebildet werden kann.

Mindestens eine Ionenquelle, vorteilhafterweise zwei Ionenquel­ len sind schwenkbar gegenüber dem Probenhalter angeordnet, wo­ durch eine große Variationsbreite der Präparationsbedingungen wie der Beschußwinkel der Probe sowie die einseitige Proben­ ätzung und auch die simultane beidseitige Probenätzung möglich sind.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß REM-Säule, Elektronendetekto­ ren, Ionenquellen und der Probenhalter so angeordnet sind, daß die Ionenstrahlpräparation der Probe unabhängig von den in der Vorrichtung wählbaren Präparationsbedingungen jederzeit in situ beobachtet werden kann, ohne den Präparationsvorgang zu unter­ brechen.

Ein an der Vakuumkammer angebrachtes Lichtmikroskop dient zur Beobachtung der Justierung des Ionenstrahls bezüglich der Probe. Wegen der geforderten Präzision kann diese Justierung nur mit Hilfe eines Lichtmikroskops vorgenommen werden.

Bei der REM-Beobachtung von isolierenden Proben während ihrer Ionenstrahlbearbeitung kompensieren die Beschußionen die negati­ ve Probenaufladung durch den Elektronenstrahl des REM′s. Bei der Ionenstrahlbearbeitung von isolierenden Proben ist es von Vor­ teil, die durch die Beschußionen erzeugte positive Aufladung durch den Elektronenstrahl des REM′s zu kompensieren, weil da­ durch eine unbeeinflußte Probenpräparation und gleichzeitig ei­ ne störungsfreie Abbildung der Probe möglich wird.

Wird eine isolierende Probe im optimalen Arbeitsabstand des REM′s bei ausgeschalteten Ionenquellen untersucht, so kann die negative Probenaufladung mittels einer Elektronenquelle, die auf die Probe gerichtet ist und mit Elektronen im Energienbereich von 300 eV bis 1500 eV, vorzugsweise 400 eV bis 1000 eV arbei­ tet, kompensiert werden. Elektronen in diesem Energiebereich ha­ ben eine Sekundärelektronenausbeute <1 und erzeugen dadurch ei­ nen Elektronenmangel in der Probe, was zur Kompensation ihrer negativen Aufladung führt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispie­ les unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau der Vorrichtung zur Ionen­ strahlpräparation von Proben für die Elektronenmi­ kroskopie mit einer REM-Beobachtungsmöglichkeit

Fig. 2 die schematische Anordnung von REM-Säule, Probenhalter in waagerechter Position, SE-Detektor, RE-Detektor, TE-Detektor und Blenden
a Bei der Präparation der ersten Probenseite kann die Probe mittels SE-Detektor und RE-Detektor beobachtet werden.
b Die Probe befindet sich zur hochaufgelösten Beobachtung im optimalen Arbeitsabstand des REM′s.
c Bei der Präparation der zweiten Probenseite bis zur Elektronentransparenz der Probe kann die Probe sowohl mit dem SE-Detektor und RE-Detektor als auch mit dem TE-Detektor beobachtet werden. Erfolgt die Enddünnungs­ kontrolle mit dem TE-Detektor, wird eine Blende vor die REM-Säule und den SE-Detektor gebracht, die diese vor Verschmutzung durch das Ionenstrahlätzen schützt.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ionenstrahlpräparation von Proben für die Elektronenmikroskopie mit rasterelektronenmikroskopische Beobachtungsmöglichkeit ist in Fig. 1 schematisch dargestellt.

Die Säule des REM′s 3 steht senkrecht auf einer Vakuumkammer 10, die durch ein Pumpensystem 17 auf einen Enddruck von 10^-6 Torr evakuiert werden kann. Die REM-Säule 3 ragt 90 mm in die Vakuum­ kammer, wobei ihre Längsachse 14 auf die Probe 4 in einem Pro­ benhalter 6 gerichtet ist.

Der Probenhalter 6 ist in einem Abstand von 50 mm zur Unterseite der REM-Säule 3 vorteilhafterweise an einem 5-Achsen Probentisch befestigt, der folgende Bewegungsmöglichkeiten hat:

• - Rotation und Pendelbewegung der Probe 4
• - Kippung um die Längsachse des Probenhalters 0°-360°
• - x-Bewegung ± 15 mm
• - y-Bewegung ± 15 mm
• - z-Bewegung + 40 mm (Bewegungsrichtung Probenhalter 6 /REM-Säule 3).

Zwei gegenüberliegend positionierte Ionenquellen 1 und 2, bei­ spielsweise Sattelfeld-Ionenquellen, die mit Beschleunigungs­ spannung von 1-10 kV bei Ionenstromdichten bis 20 mA/cm² und ei­ nem Strahldurchmesser von ca. 0,5 mm arbeiten und deren Strahl auf die Probe 4 gerichtet ist, sind bezüglich des Probenhalters 6 beweglich, wobei der Probenhalter 6 und die Ionenquellen 1, 2 um eine zentrale Drehachse 15 zueinander schwenkbar angeordnet sind. Der Einsatz von zwei Ionenquellen ist von Vorteil, weil dadurch die Präparationszeiten verringert und die Variationsmög­ lichkeiten der Präparationsbedingungen erhöht werden. Die Ionen­ quellen 1, 2 können gemeinsam oder einzeln um die zentrale Dreh­ achse 15 und einzeln um weitere Drehachsen geschwenkt werden. Um einen Winkel von 45° zur Längsachse der REM-Säule 3 verkippt befindet sich ein Lichtmikroskop 5, das vorrangig zur Beobach­ tung der Justierung des Ionenstrahls bezüglich der Probe 4 ver­ wendet werden kann.

Ein Sekundärelektronen-Detektor 7, vorzugsweise vom Everhart-Thornley-Typ, ist um 45° zum Lichtmikroskop 5 versetzt und un­ ter einem Winkel von 60° zur Längsachse 14 des REM′s angebracht, wodurch unabhängig von den in der Vorrichtung verwendbaren Kipp­ winkeln des Probenhalters 6 ständig eine günstige Position des SE-Detektors 7 zur Probe 4 bezüglich der Detektion der Sekun­ därelektronen und damit der Abbildung der Probenoberfläche mög­ lich ist.

Die Probe 4 kann gemäß Fig. 2a zu jedem Zeitpunkt des Ätzvor­ ganges unabhängig von den wählbaren Präparationsbedingungen der Vorrichtung und ohne Unterbrechung des Ätzvorganges in situ mit der hohen Auflösung des Rasterelektronenmikroskop′s beobachtet werden. Das ergibt den Vorteil, daß jederzeit Aussagen über den Stand der Probenpräparation in z-Richtung und über die Genauig­ keit einer Zielpräparation in der x,y-Ebene möglich sind.

Die Beschußwinkel können bei dem beschriebenen Aufbau der Vor­ richtung wie folgt variiert werden:
Bei einer Kippung des Probenhalters 6 um 15° zum Lichtmikroskop 5 hin kann der Beschußwinkel der ersten Ionenquelle 1 von -20° bis 40° und der Beschußwinkel der zweiten Ionenquelle 2 von -40° bis 15° variiert werden, wobei 0° einem zur Probenoberflä­ che parallelen Ioneneinfall entspricht.

Wird nur die erste Ionenquelle 1 verwendet, kann der Ionenein­ fallswinkel bezüglich der Probe 4 bei einer Kippung des Proben­ halters 6 um 45° aus der waagerechten Position zwischen 0° und 70° variiert werden. Dabei bleibt die Probe 4 immer in einer günstigen Beobachtungsposition zum REM.

Zur höher aufgelösten Beobachtung der Probenoberfläche kann die Probe 4 aus der Präparationsposition über einen Verfahrweg von 40 mm in den optimalen Arbeitsabstand des Rasterelektronenmi­ kroskops von 8-10 mm gemäß Fig. 2b gebracht werden und nach der Untersuchung wieder in die exakte, voreingestellte Ausgangs­ position, ohne die Anordnung der Ionenquellen oder die Proben­ halterkippung verändern zu müssen.

Direkt neben der REM-Säule 3 befindet sich eine auf die Probe 4 gerichtete Elektronenquelle 11, die Elektronen mit Energien von 400 eV bis 1000 eV liefert und zur Entladung isolierender Proben während der REM-Beobachtung im optimalen Arbeitsabstand dient. Unter der Probe befindet sich ein zweiter, in x,y-Richtung ver­ schiebbarer Elektronendetektor 8, vorzugsweise ein Halbleiterde­ tektor, zur Registrierung der transmittierten Elektronen, der bei der Dünnung der zweiten Probenseite im Endstadium des Ab­ dünnvorganges gemäß Fig. 2c verwendet wird und über eine Steu­ ervorrichtung 19, beispielsweise einer Computersteuerung, mit der Stromversorgung 18 der Ionenquellen gekoppelt ist. Wird die Probe 4 elektronentransparent, so ist das auf dem Monitor des Rasterelektronenmikroskops wahlweise in Hell-und Dunkelfeldab­ bildung im TREM-Modus beobachtbar und die Ionenquellen werden mit Hilfe des registrierten Detektorstroms nach vorgegebenen Wert abgeschaltet. Im Gegensatz zu den bekannten Lösungen arbei­ tet diese Abschaltautomatik sehr sensibel und unterbindet eine unerwünschte Lochbildung in der Probe.

Danach kann im hochaufgelösten TREM-Modus beurteilt werden, ob sich die interessierenden Strukturen im durchstrahlbaren Bereich der Probe 4 befinden und ob die Probe 4 weiter abgedünnt oder der Ätzvorgang beendet werden soll. Die Strukturen können mit­ tels Linienbreitenmessung über die Software des Rasterelektro­ nenmikroskops in situ ausgemessen und damit unterschieden wer­ den.

Ein als Halbleiter-Quadranten-Detektor ausgeführter RE-Detektor 9 ist direkt unter der Rasterelektronenmikroskopaustrittsöffnung 16 angeordnet, wodurch die Probenoberfläche wahlweise im Massen­ kontrast oder Topografiekontrast abgebildet werden kann.

Die Vorrichtung gestattet somit jederzeit eine optimale Kontrol­ le des Ätzvorganges, was besonders bei der gezielten Dünnung ausgewählter Strukturen (Zielpräparation) von Bedeutung ist, und ermöglicht es, den Ionenstrahlätzvorgang im richtigen Moment ab­ zubrechen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß aufgrund der hohen Variationsbreite der Beschußwinkel und der verschiedenen Bewegungsmöglichkeiten des Probenhal­ ters 6 sowohl Proben für die Transmissionselektronenmikroskopie (lateral abgedünnte Proben und Querschnittsproben) als auch Pro­ ben für die Rasterelektronenmikroskopie (z. B. Ätzböschungen) mit hoher Präzision definiert hergestellt werden können.

Die REM-Säule 3 und die Elektronendetektoren 7, 8, 9 können wäh­ rend des Ätzvorganges durch einschwenkbare Blenden 12, 13 vor Verschmutzung durch abgestäubtes Probenmaterial geschützt wer­ den, wobei die Blende 12 für die REM-Säule eine Öffnung für den Elektronenstrahl hat und somit das Endstadium des Abdünnvorgan­ ges mittels TE-Detektor 8 trotzdem ständig kontrollierbar ist. Im folgenden sollen zwei Beispiele für mit der beschriebenen An­ ordnung präparierten Proben vorgestellt werden:

Beispiel 1 betrifft die laterale Präparation einer Halbleiter-Bauelementestruktur. Die Probe wurde mechanisch von der Substratseite bis zu einer Ausgangsdicke für das Ionenstrahlät­ zen von 35 µm abgedünnt. Das Ionenstrahlätzen erfolgte substrat­ seitig mit zwei Ionenquellen unter einem Beschußwinkel von 6° zur Probenoberfläche und einer Beschleunigungsspannung von 9,8 kV unter REM-Kontrolle bis zur Elektronentransparenz der Probe.

Das zweite Beispiel betrifft die Querschnittspräparation einer Kontaktlochstruktur eines Mehrebenenleitbahnsystems. Die Aus­ gangsdicke der Probe, erzielt durch die mechanische Vorpräpara­ tion, betrug 35 µm. Die Probe wurde dann von der ersten Seite mit einer Ionenquellen unter einem Beschußwinkel von 4° und einer Beschleunigungsspannung von 8kV bei oszillierender Probenbewe­ gung unter REM-Kontrolle bis zu einer vorbestimmten Tiefe abge­ dünnt. Die Ionenstrahlpräparation der zweiten Probenseite bis zur Elektronentransparenz der Probe erfolgte in gleicher Weise. Das Endstadium des Abdünnvorganges beider Proben konnte mit Hil­ fe des TE-Detektors erfolgreich beherrscht werden. Sobald die Proben elektronentransparent waren, erschien ein Bild mit den interessierenden Strukturen auf dem Monitor des REM′s und der Ätzvorgang konnte rechtzeitig abgebrochen werden.

Claims (11)

1. Ionenstrahlpräparationsvorrichtung für die Bearbeitung von Proben (4) für die Elektronenmikroskopie mit einer Vakuumkam­ mer (10) und mindestens einer Ionenquelle (1, 2) zum Beschießen einer Probe (4) in einem Probenhalter (6) mit einem Edelgasionenstrahl insbesondere mit Argonionen dadurch ge­ kennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind den Ionenstrahl stationär unter einem bestimmten vorgegebenen Winkel auf der Probe (4) auftreffen zu lassen, wobei der Probenhalter (6) rotierbar und verkippbar angeordnet ist und daß die Vakuum­ kammer (10) ein Rasterelektronenmikroskop (3) aufweist dessen Achse (14) auf die Probe (4) gerichtet ist, wobei mindestens ein erster Detektor (7) zur Abbildung der Probenoberfläche und ein zweiter Detektor (8) zur Registrierung von die Probe transmittierenden Elektronen vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Detektor (8) in Achsrichtung (14) des Elektronenmi­ kroskopes (3) hinter der Probe (4) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Detektor (8) mit einer Steuervorrichtung (19) verbun­ den ist, wobei diese mit der Ionenquelle (1, 2) so gekoppelt ist, daß die Ionenquelle (1, 2) bei vorgegebenem Detektor­ strom entsprechend dem Probendünnungsgrad abgeschaltet wird.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor der Mikroskopöffnung (16) und mindestens vor dem ersten Detektor (7) eine verschließbare Blende (12) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Probenhalter (6) die Probe (4) in Achsrich­ tung (14) des Mikroskops zentriert und der Arbeitsabstand zwischen Probe (4) und Mikroskop (3) einstellbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Probenhalter (6) fünfachsig ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ionenstromdichte an der Probe (4) nicht größer als 100 mA/cm² ist, vorzugsweise nicht größer als 30 mA/cm².

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein dritter Detektor (9) als Rückstreuelektro­ nendetektor ausgebildet ist und unmittelbar um die Raster­ elektronenmikroskopaustrittsöffnung (16) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens eine Ionenquelle (1, 2) schwenkbar gegenüber der Probe (4) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekenn­ zeichnet, daß an der Vakuumkammer (10) ein Lichtmikroskop (5) angeordnet ist zur Beobachtung der Justierung des Ionen­ strahles bezüglich der Probe (4).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorrichtung eine Elektronenquelle (11) umfaßt, welche auf die Probe (4) ausgerichtet ist, wobei die Elektronenquelle (11) Mittel umfaßt zur Erzeugung von Elek­ tronenenergien von beispielsweise 300 Elektronenvolt bis 1500 Elektronenvolt und vorzugsweise 400 Elektronenvolt bis 1000 Elektronenvolt.