DE3705361A1 - Einrichtung zur zerstoerungsfreien bilderzeugung und ortsselektiven oberflaechenbearbeitung in fokussierten ionenstrahlsystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur zerstörungsfreien Bilderzeugung in fokussierten Ionenstrahlsystemen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der lokalen Bearbeitung von Oberflächen durch Sputtern mit fokussierten Ionenstrahlen ergibt sich das Problem, zu­ nächst ein Bild der Oberfläche zu erhalten, ohne die Ober­ fläche merklich zu beschädigen. Um die Oberfläche eines Prüf­ lings behandeln zu können, ist es notwendig, ein Bild der­ selben zu erzeugen, mit dessen Hilfe die zu behandelnden Bereiche festgelegt werden können. Dazu wird der fokussierte Ionenstrahl über die Oberfläche geführt und das erzeugte Sekundärelektronensignal als Funktion der Strahlposition registriert. Durch die eindeutige Zuordnung der Bildpunkte des so gewonnenen Bildes zur Strahlposition kann umgekehrt über das Bild genau der Bereich auf der Oberfläche definiert werden, an dem die Bearbeitung stattfinden soll.

Für die oben genannte notwendige Bildaufnahme und die Ober­ flächenbearbeitung wurden bisher die gleichen Ionen benutzt. Damit läßt sich eine relative Oberflächenschädigung bei dem Vorgang der Bildaufnahme nicht verhindern. Dieses Verfahren hat also den Nachteil, daß die Oberfläche zunächst partiell unkontrolliert zerstört wird und diese Zerstörung auf dem so entstandenen Bild nicht registriert wird. Ferner treten Redepositionseffekte auf, so daß zum Schluß ein nicht der Wirklichkeit entsprechendes Oberflächenbild entsteht. Darüber hinaus sind diese Effekte stark vom zu behandelnden Material abhängig. Diese Störfaktoren versucht man zur Zeit mit möglichst kurzen Belichtungszeiten zu reduzieren bzw. zu kompensieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät bzw. eine Apparatur zu erstellen, die es ermöglicht, die oben genannte Schädigung der Oberfläche des Prüflings bei der Bildaufnahme weitgehend zu reduzieren, so daß die im Prinzip immer auftretende Schädigung durch Bestrahlung auf ein Minimum reduziert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 genannten Maßnahmen.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Beschädigung der zu behandelnden Oberfläche eines Prüflings kann erheblich reduziert werden, wenn für die Bilderzeugung ein leichtes Ion und für das Sputtern ein schweres Ion verwendet wird, da die Sputterrate mit der Masse erheblich zunimmt. Demzufolge ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, für die Bildaufnahme ein leichtes Ion zu ver­ wenden, während für den eigentlichen Sputtervorgang vorzugs­ weise ein schweres Ion in Anwendung gebracht werden sollte. Eine zweckmäßige Erzeugung zweier Atomarten ist die Zuhilfe­ nahme einer sogenannten "Flüssigmetallionenquelle", die eine flüssige Metallegierung mit einem geeigneten leichten und schweren Atom enthält und die, wenn ein starkes elek­ trisches Feld angelegt wird, einen intensiven gerichteten Ionenstrahl emittiert. In einem Massenseparator können die leichten Ionen von den schweren Ionen getrennt werden. Da­ durch ergibt sich die Möglichkeit, mit ein und derselben Strahlenoptik zwei Arten von Ionenstrahlen zu fokussieren und damit die gewünschten Arbeiten an der Oberfläche des zu behandelnden Prüflings mit sehr hoher Genauigkeit durch­ zuführen.

Der wesentliche Kern der erfindungsgemäßen Einrichtung liegt also darin, mit der Methode der Massenseparation bei der Reparatur von Oberflächendefekten ein bisher nicht erreich­ tes Maß an Genauigkeit bei gleichzeitiger minimaler Beein­ trächtigung des Prüflings in diesem Anwendungsbereich erzielt zu haben. Massenseparatoren sind in der Spektroskopie wohlbekannt und gehören zur Grundausstattung jedes Atom­ physiklabors. Ebenfalls bekannt und zum Stand der Technik gehörend ist die Verwendung einer flüssigen Legierung zur Erzeugung eines Teilchenstrahls mit mindestens einem schwe­ ren und einem leichten Ion. Ebenso kann eine Gasionenquelle eingesetzt werden, die z. B. mit einem leichten Gas (Wasser­ stoff, Helium) und mit einem schweren Gas (Krypton, Xenon) betrieben wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung 16.

In einer Ionenquelle 18 befinden sich zwei Arten von Atomen, die mit einer geeigneten Einrichtung ionisiert werden. Diese Ionen werden in einer Beschleunigungsstrecke auf eine be­ stimmte Energie beschleunigt, um dann im sogenannten Massen­ separator 20 in zwei Strahlen mit Ionen unterschiedlicher Masse getrennt zu werden. Danach werden die Ionenstrahlen mit Hilfe elektrischer bzw. magnetischer Felder in eine Fokussiereinrichtung 22, 24, 26 gelenkt, um anschließend mit dem fokussierten Strahl an einem Prüfling 40 Bearbei­ tungsvorgänge abzuwickeln.

Die oben beschriebene Einrichtung kann überall dort ver­ wendet werden, wo es darum geht, Oberflächen von Materialien vor der Bearbeitung mit einem Bildaufnahmesystem, bestehend aus Detektor 32, Verstärker 34 und Bildspeicher 36 zu cha­ rakterisieren und im Anschluß daran einen Ionenstrahl 28, der über eine Ionensäulensteuerung 30 mit dem Bildspeicher 36 verknüpft ist, mit hoher Genauigkeit an das Bearbeitungs­ zentrum auf dem Prüfling 40 zu positionieren.

Der Prüfling selbst wird über einen Motortisch 42 so posi­ tioniert, daß der Bereich der zu bearbeitenden Oberfläche im Arbeitsfenster des Ionenstrahls 28 liegt. Die Steuerung der einzelnen Prozeßschritte (Positionierung, Bildaufnahme und Bearbeitung) kann von einem Rechner 44 durchgeführt werden.

Claims (10)

1. Einrichtung zur zerstörungsfreien Bilderzeugung und ortsselektiven Oberflächenbearbeitung in fokussierten Ionenstrahlsystemen, mit einer Ionenquelle, die mehrere Arten von Atomen, mindestens jedoch ein leichtes und ein schweres, enthält, die je nach Verwendungszweck mit Hilfe eines Massenseparators einzeln verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß mit der mehratomigen Ionenquelle und deren leichtem Atom ein fokussierter Ionenstrahl erzeugt wird, der über die Oberfläche des Prüflings derart geführt wird, daß an jeder Stelle der Oberfläche ein Sekundärelektronensignal erzeugt wird, welches als Funktion der Strahlposition registriert wird und ein Bild der Oberfläche ergibt, wodurch eine eindeutige Bildpunktzuordnung zur Oberfläche des Prüflings gewährleistet ist, so daß die gleiche Strahl­ position und damit die gleiche ionenoptische Anordnung selektiv für das für die Bearbeitung der Oberfläche benö­ tigte schwere Atom der Ionenquelle verwendet werden kann.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ionenquelle aus einer flüssigen Metallegierung besteht, die mindestens ein leichtes und ein schweres Atom beinhaltet.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ionenquelle mit minde­ stens zwei Gasen betrieben wird, von denen ein Gas aus einem leichten Teilchen, das andere Gas aus einem schweren Teilchen besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Massen­ separators das leichte vom schweren Teilchen getrennt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die separierten leichten Teilchen der Ionenquelle in einem Strahl gebündelt und dann mit einem geeigneten Gerät ionenoptisch fokussiert werden.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der fokus­ sierte Ionenstrahl über die Oberfläche des Prüflings ge­ führt wird und dabei ein Sekundärelektronensignal erzeugt, welches anschließend elektronisch registriert wird und für die Erzeugung eines Bildes der Oberfläche verwendet wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die gespeicherten Sekundär­ elektronensignale, aus denen sich das Bild zusammensetzt, elektronisch eindeutig den entsprechenden Bildpunkten der Oberfläche des Prüflings als Funktion der Strahlposition zugeordnet werden.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das schwere Atom der Ionen­ quelle mit Hilfe eines Massenseparators abgetrennt wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die schweren Atome in einem Strahl gebündelt und anschließend fokussiert werden.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die registrierten Ober­ flächendefekte elektronisch aufgesucht werden, um anschließend den Strahl der schweren Atome zur Bear­ beitung der Oberfläche des Prüflings zu positionieren.