DE112012002609T5

DE112012002609T5 - Ladungsteilchenstrahlvorrichtung

Info

Publication number: DE112012002609T5
Application number: DE112012002609.8T
Authority: DE
Inventors: Tsunenori Nomaguchi; Toshihide Agemura
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2012-06-06
Publication date: 2014-12-11
Also published as: WO2013008561A1; CN103650096A; JP2013020918A; US20140123898A1

Abstract

Eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung umfaßt einen Probentisch (146) für eine Probe; ein optisches System für einen Ladungsteilchenstrahl, das den Ladungsteilchenstrahl von einer Ladungsteilchenquelle auf die Probe fokussiert; eine Ladungsteilchenstrahlsäule (101), die das optische System für den Ladungsteilchenstrahl aufnimmt; eine erste differentielle Evakuier-Trennwand (108) an der Ladungsteilchenstrahlsäule (101); eine vordere Probenkammer (103), die über die erste differentielle Evakuier-Trennwand (108) mit der Ladungsteilchenstrahlsäule (101) in Verbindung steht; eine zweite differentielle Evakuier-Trennwand (109) an der vorderen Probenkammer (103); eine erste Vakuumpumpe (141) zum Evakuieren der Ladungsteilchenstrahlsäule (101) und eine zweite Vakuumpumpe (142) zum Evakuieren der vorderen Probenkammer (103).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung zum Bearbeiten oder Betrachten einer Probe mit einem Ladungsteilchenstrahl.
Stand der Technik
Es gibt seit einigen Jahren das Bedürfnis, wasserhaltige Materialien oder feuchte Substanzen wie biologische Proben mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) oder einem Rastertransmissionselektronenmikroskop (RTEM) zu betrachten. Für die Betrachtung mit einem TEM oder RTEM ist eine Dünnschichtprobe mit einer Dicke im Bereich von einigen zehn bis hundert Nanometern herzustellen. Eines der bekannten Verfahren zum Herstellen einer solchen Dünnschichtprobe für die Betrachtung mit einem TEM oder RTEM ist die Bearbeitung mit einem Ladungsteilchenstrahl. Zum Beispiel ist es bekannt, mittels eines fokussierten Ionenstrahls (FIS) eine Dünnschichtprobe für die Betrachtung mit einem TEM oder RTEM aus einem Halbleiterwafer herauszuarbeiten.
Druckschriften zum Stand der Technik
Patent-Druckschriften

Patent-Druckschrift 1: JP-Patent (Kokai) mit der Veröffentlichungs-Nr. 2006-260878 A
Patent-Druckschrift 2: JP-Patent (Kokai) mit der Veröffentlichungs-Nr. 2006-32011 A

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Problem, das mit der Erfindung gelöst werden soll
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die Technik zum Herstellen einer Dünnschichtprobe für die Betrachtung mit einem TEM oder RTEM aus einem wasserhaltigen Material oder einer feuchten Substanz, etwa einer biologischen Probe, mittels eines fokussierten Ionenstrahls (FIS) genau untersucht und dabei folgendes festgestellt.
Bei einer Vorrichtung mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIS) befindet sich die Probe, die Gegenstand der Bearbeitung und Betrachtung ist, in einer evakuierten Probenkammer. Wenn die Probe, die sich der evakuierten Probenkammer befindet, Wasser oder ein Gas enthält, können sich aus einer Denaturierung der Probe durch Austrocknen oder Aufreißen der Probe durch eine Gasabgabe Probleme ergeben.
Zur Verhinderung des Austrocknens der Probe kann die Probe eingefroren werden. Dazu muß jedoch ein Kühlmechanismus vorgesehen werden. Außerdem dehnt sich gefrierendes Wasser aus, wodurch sich der Gegenstand der Beobachtung verformen kann und zerstört werden kann.
Es kann daher in Betracht gezogen werden, die Probe unter einem niedrigen Vakuum zu halten. Die Patent-Druckschriften 1 und 2 beschreiben Rasterelektronenmikroskope (REMs), bei denen sich eine Probe, die sich in einem Bereich mit einem niedrigen Vakuum befindet, unter Verwendung eines differentiellen Evakuiermechanismusses betrachtet wird.
Bei einer Vorrichtung mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIS) befinden sich in der Nähe der Probe Vorrichtungen wie eine Gasabscheidungseinheit, eine Mikroprobenentnahmeeinheit und dergleichen. Bei einer Vorrichtung mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIS) muß daher im Vergleich mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) der Aufbau um die Probe vereinfacht werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung zu schaffen, bei der um die Probe ein niedriges Vakuum aufrechterhalten wird und der Aufbau um die Probe vereinfacht ist.
Mittel zum Lösen des Problems
Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Probentisch zur Aufnahme der Probe; ein optisches System für einen Ladungsteilchenstrahl, das den Ladungsteilchenstrahl von einer Ladungsteilchenquelle auf die Probe fokussiert; eine Ladungsteilchenstrahlsäule, die das optische System für den Ladungsteilchenstrahl aufnimmt; eine erste differentielle Evakuier-Trennwand an der Ladungsteilchenstrahlsäule; eine vordere Probenkammer, die über die erste differentielle Evakuier-Trennwand mit der Ladungsteilchenstrahlsäule in Verbindung steht; eine zweite differentielle Evakuier-Trennwand an der vorderen Probenkammer; eine erste Vakuumpumpe zum Evakuieren der Ladungsteilchenstrahlsäule und eine zweite Vakuumpumpe zum Evakuieren der vorderen Probenkammer.
Der Ladungsteilchenstrahl von der Ladungsteilchenquelle wird durch das optische System für den Ladungsteilchenstrahl, die erste differentielle Evakuier-Trennwand und die zweite differentielle Evakuier-Trennwand auf die Probe eingestrahlt, wobei die erste Vakuumpumpe und die zweite Vakuumpumpe so gesteuert werden, daß P1 < P2 < P3 ist, wobei P1 der Luftdruck in der Ladungsteilchenstrahlsäule, P2 der Luftdruck in der vorderen Probenkammer und P3 der Luftdruck in dem die Probe umgebenden Raum ist und wobei die erste und die zweite differentielle Evakuier-Trennwand jeweils einen Innendurchmesser von nicht mehr als 2 mm aufweisen.
Auswirkungen der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung kann bei einer Ladungsteilchenstrahlvorrichtung um die Probe ein niedriges Vakuum aufrechterhalten werden und der Aufbau um die Probe vereinfacht werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Darstellung des Aufbaus eines ersten Beispiels für eine erfindungsgemäße Ladungsteilchenstrahlvorrichtung.
2 ist eine Darstellung des Aufbaus eines zweiten Beispiels für die erfindungsgemäße Ladungsteilchenstrahlvorrichtung.
3 ist eine Darstellung des Aufbaus eines dritten Beispiels für die erfindungsgemäße Ladungsteilchenstrahlvorrichtung.
4 ist eine Darstellung des Aufbaus eines vierten Beispiels für die erfindungsgemäße Ladungsteilchenstrahlvorrichtung.
5 ist eine Darstellung des Aufbaus eines fünften Beispiels für die erfindungsgemäße Ladungsteilchenstrahlvorrichtung.
6 ist eine Darstellung des Aufbaus eines sechsten Beispiels für die erfindungsgemäße Ladungsteilchenstrahlvorrichtung.
7 ist eine Darstellung des Aufbaus eines siebten Beispiels für die erfindungsgemäße Ladungsteilchenstrahlvorrichtung.
Arten der Erfindungsausführung
Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung näher beschrieben. Die vorliegenden Ausführungsformen sind nur Beispiele für die Ausführung der vorliegenden Erfindung und schränken den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung nicht ein. In den Zeichnungen sind gemeinsame Ausgestaltungen mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet.
Anhand der 1 wird ein erstes Beispiel der erfindungsgemäßen Ladungsteilchenstrahlvorrichtung beschrieben. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung des vorliegenden Beispiels umfaßt eine Ladungsteilchenstrahlsäule 101, eine vordere Probenkammer 103 unter der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 und eine Probenkammer 104 unter der vorderen Probenkammer 103, die luftdichte Behälter sind. Am unteren Ende der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 ist eine erste differentielle Evakuier-Trennwand 108 angeordnet. Am unteren Ende der vorderen Probenkammer 103 ist eine zweite differentielle Evakuier-Trennwand 109 angeordnet. Die Ladungsteilchenstrahlsäule 101 und die vordere Probenkammer 103 stehen über die erste differentielle Evakuier-Trennwand 108 in Verbindung. Die vordere Probenkammer 103 und die Probenkammer 104 stehen über die zweite differentielle Evakuier-Trennwand 109 in Verbindung. Die differentiellen Evakuier-Trennwände 108 und 109 enthalten ringförmige Elemente mit einem Innendurchmessers von nicht mehr als 2 mm. Die Ladungsteilchenstrahlsäule 101, die vordere Probenkammer 103 und die Probenkammer 104 sind über die differentiellen Evakuier-Trennwände 108 und 109 miteinander verbunden und haben im übrigen den Aufbau von luftdichten Behältern.
In der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 befindet sich ein optisches System für einen Ladungsteilchenstrahl. Das optische System für den Ladungsteilchenstrahl umfaßt im vorliegenden Beispiel eine Ladungsteilchenquelle 131 zum Erzeugen eines Ladungsteilchenstrahls 130, eine Gruppe von Deflektoren 132 zum Auslenken des Ladungsteilchenstrahls 130 und eine Abschirmplatte 135, die so angeordnet ist, daß sie die optische Achse des Ladungsteilchenstrahls 130 schneidet. Die Gruppe von Deflektoren 132 wird von einer Deflektorgruppensteuerung 159 gesteuert. Die Funktion der Abschirmplatte 135 wird später noch beschrieben.
Die vordere Probenkammer 103 ist mit einem Detektor 148 zum Erfassen des Signals versehen, das beim Bestrahlen einer Probe 110 mit dem Ladungsteilchenstrahl erzeugt wird. Der Detektor 148 wird von einer Detektorsteuerung 158 gesteuert.
Die Probenkammer 104 enthält einen Probentisch 146 für die Probe 110 und zum Bewegen der Probe 110 in einer Ebene oder drehend sowie zum Neigen der Probe 110. Die Probenkammer 104 ist auch mit einem optischen Mikroskop 145 ausgestattet, das sich unter dem Probentisch 146 befindet. Der Probentisch 146 wird von einer Probentischsteuerung 156 gesteuert. Das optische Mikroskop 145 wird von einer Steuerung 155 für das optische Mikroskop 145 gesteuert. Die Funktion des optischen Mikroskops 145 wird später noch beschrieben.
Bei dem vorliegenden Beispiel sind die erste und die zweite differentielle Evakuier-Trennwand 108 und 109, der Probentisch 146 und das optische Mikroskop 145 längs der optischen Achse der Ladungsteilchenquelle 131 angeordnet.
Die Ladungsteilchenstrahlsäule 101 ist mit einer ersten Vakuumpumpe 141 verbunden. Die vordere Probenkammer 103 ist mit einer zweiten Vakuumpumpe 142 verbunden. Die Probenkammer 104 ist mit einer dritten Vakuumpumpe 143, einer Heliumgaszuführeinheit 144 und einem Ventil 147 verbunden. Die Probenkammer 104 ist des weiteren mit einer Gasabscheidungseinheit 149 und einer Mikroprobenentnahmeeinheit 150 versehen.
Die erste, zweite und dritte Vakuumpumpe 141, 142 und 143 werden von einer ersten, zweiten bzw. dritten Vakuumpumpensteuerung 151, 152 bzw. 153 gesteuert. Die Heliumgaszuführeinheit 144 und das Ventil 147 werden von einer Heliumgaszuführeinheitsteuerung 154 bzw. einer Ventilsteuerung 157 gesteuert. Die Gasabscheidungseinheit 149 und die Mikroprobenentnahmeeinheit 150 werden von einer Gasabscheidungseinheitsteuerung 161 bzw. einer Mikroprobenentnahmeeinheitsteuerung 162 gesteuert. Die Funktion der Heliumgaszuführeinheit 144 wird später noch beschrieben.
Die Steuerungen 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158, 159, 161 und 162 sind mit einem integrierten Computer 170 verbunden. Der integrierte Computer 170 steuert den Betrieb der Vorrichtung als Ganzes. Der integrierte Computer 170 kann von einem oder von einer Anzahl von Computern gesteuert werden. Der integrierte Computer 170 ist mit einer Steuereinheit 172 (wie einer Tastatur oder einer Maus) verbunden, über die ein Bediener verschiedene Anweisungen eingeben kann, etwa die Bestrahlungsbedingungen, die Elektrodenspannung und die Positionsbedingungen. Der integrierte Computer 170 ist des weiteren mit einem Display 171 verbunden, über das der Bediener an einem grafischen Benutzerinterface die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung betreiben kann.
Bei der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung des vorliegenden Beispiels ist der Detektor 148 in der vorderen Probenkammer 103 angeordnet. Der Detektor 148 kann jedoch auch in der Probenkammer 104 oder der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 angeordnet sein. Es ist auch ein Aufbau ohne den Detektor 148 möglich. Als Detektor 148 wird in der Regel ein Sekundärelektronendetektor verwendet, es kann aber jeder beliebige Detektor verwendet werden, solange der Detektor das Signal erfassen kann, das beim Bestrahlen der Probe mit dem Ladungsteilchenstrahl erzeugt wird. Zum Beispiel kann ein Detektor verwendet werden, der die mittels Ionisation durch die von der Probe emittierten Elektronen erzeugten Ionen erfaßt, ein Röntgendetektor oder ein RTEM-Detektor. Das vom Detektor 148 erzeugte Signal wird über die Detektorsteuerung 158 zum integrierten Computer 170 übermittelt. Vom optischen Mikroskop 145 wird über die Steuerung 155 für das optische Mikroskop ein Bildsignal zum integrierten Computer 170 übermittelt. Das zum integrierten Computer 170 übermittelte Signal kann am Display 171 oder einem anderen Display angezeigt werden.
Das optische System für den Ladungsteilchenstrahl in der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 umfaßt, auch wenn es nicht gezeigt ist, eine Fokussierlinse zum Fokussieren des Ladungsteilchenstrahls 130, eine Objektivlinse und ein Ablenksystem zum Auslenken und Verschieben des Ladungsteilchenstrahls 130. Des weiteren ist eine Säulensteuerung zum Steuern dieser Elemente vorgesehen. Die Darstellung der Fokussierlinse, der Objektivlinse und des Ablenksystems wird auch in den im folgenden gezeigten Beispielen weggelassen.
Die Gasabscheidungseinheit 149, die zum Ausbilden einer Schutzschicht oder zum Markieren verwendet wird, erzeugt bei der Bestrahlung mit dem Ladungsteilchenstrahl (etwa einem fokussierten Ionenstrahl (FIS)) eine Abscheideschicht. Die Gasabscheidungseinheit 149 kann so aufgebaut sein, daß sie das Abscheidegas enthält und das Gas bei Bedarf über eine Düsenspitze zuführt.
Die Mikroprobenentnahmeeinheit 150 nimmt in Verbindung mit der Probenbearbeitung oder einem Schneiden mittels dem FIS an einer bestimmten Stelle der Probe ein Stück der Probe auf. Die Mikroprobenentnahmeeinheit 150 enthält eine Sonde, die in der Probenkammer bewegt werden kann, und eine Sondenantriebseinheit zum Antreiben der Sonde. Die Sonde wird dazu verwendet, von der Probe ein kleines Probenstück zu entnehmen oder um durch den Kontakt der Sonde mit der Probenoberfläche eine Spannung an die Probe anzulegen.
Beim vorliegenden Beispiel ist eine Ladungsteilchenstrahlsäule 101 vorgesehen. Es können jedoch auch zwei oder mehr identische oder unterschiedliche Ladungsteilchenstrahlsäulen vorgesehen sein. Zum Beispiel kann eine oder eine Anzahl von Galliumionenstrahlsäulen, Heliumionenstrahlsäulen oder Elektronenstrahlsäulen vorgesehen sein.
<Funktion des differentiellen Evakuiermechanismusses>
Es wird nun der differentielle Evakuiermechanismus der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung des vorliegenden Beispiels beschrieben. Die Ladungsteilchenstrahlsäule 101, die vordere Probenkammer 103 und die Probenkammer 104 sind mit der ersten Vakuumpumpe 141, der zweiten Vakuumpumpe 142 bzw. der dritten Vakuumpumpe 143 versehen. Die erste Vakuumpumpe 141 enthält zum Beispiel eine Ionenpumpe, eine Hochvakuum-Öldiffusionspumpe oder eine Turbomolekularpumpe. Das Innere der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 wird auf einem Hochvakuum im Bereich von 10^–9 bis 10^–9 Pa gehalten. Die zweite Vakuumpumpe 142 und die dritte Vakuumpumpe 143 enthalten zum Beispiel jeweils eine Turbomolekularpumpe, eine Niedrigvakuum-Öldiffusionspumpe oder eine Kreiselpumpe. Das Innere der vorderen Probenkammer 103 wird auf einem mittleren Vakuum im Bereich von 100 bis 10^–9 Pa gehalten. Die Probenkammer 104 wird auf einem niedrigen Vakuum im Bereich von 1 bis 300 Pa gehalten. Das Vakuum in der Probenkammer 104 wird durch Öffnen und Schließen des Ventils 147 eingestellt.
Die erste Vakuumpumpe 141, die zweite Vakuumpumpe 142 und die dritte Vakuumpumpe 143 werden unabhängig voneinander durch die erste Vakuumpumpensteuerung 151, die zweite Vakuumpumpensteuerung 152 und die dritte Vakuumpumpensteuerung 153 gesteuert. Die Probenkammer 104 ist mit dem Ventil 147 versehen. Das Ventil 147 wird unabhängig von der Ventilsteuerung 157 gesteuert. Die Ladungsteilchenstrahlsäule 101, die vordere Probenkammer 103 und die Probenkammer 104 können jeweils mit einer Vorrichtung zum Messen des Vakuums versehen sein, wobei der Meßwert für das Vakuum zum integrierten Computer 170 übertragen werden kann. Auf der Basis des jeweiligen Unterschieds zwischen dem aktuellen Meßwert für das Vakuum in der Ladungsteilchenstrahlsäule 101, der vorderen Probenkammer 103 und der Probenkammer 104 und einem vorgegebenen Wert für das Vakuum sendet der integrierte Computer 170 Anweisungen an die Steuerungen 151, 152, 153 und 157. Im Inneren der Ladungsteilchenstrahlsäule 101, der vorderen Probenkammer 103 und der Probenkammer 104 wird damit immer das gewünschte Vakuum aufreicht erhalten.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist P₁ < P₂ < P₃ wobei P1 der Luftdruck in der Ladungsteilchenstrahlsäule 101, P2 der Luftdruck in der vorderen Probenkammer 103 und P3 der Luftdruck in der Probenkammer 104 ist. Diese Beziehung gilt auch bei den im folgenden beschriebenen und gezeigten Beispielen.
Die Ladungsteilchenstrahlsäule 101 und die vordere Probenkammer 103 stehen über die erste differentielle Evakuier-Trennwand 108 in Verbindung. Die Öffnung in der ersten differentiellen Evakuier-Trennwand 108 hat einen ausreichend kleinen Innendurchmesser, damit das Vakuum in der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 auf einem Wert gehalten werden kann, der besser ist als der Wert für das Vakuum in der vorderen Probenkammer 103. Die vordere Probenkammer 103 und die Probenkammer 104 stehen über die zweite differentielle Evakuier-Trennwand 109 in Verbindung. Die Öffnung in der zweiten differentiellen Evakuier-Trennwand 109 hat einen ausreichend kleinen Innendurchmesser, damit das Vakuum in der vorderen Probenkammer 103 auf einem Wert gehalten werden kann, der besser ist als der Wert für das Vakuum in der Probenkammer 104. Die Öffnung in der ersten und zweiten differentiellen Evakuier-Trennwand 108, 109 hat jeweils einen Innendurchmesser von nicht mehr als 2 mm.
Bei dem vorliegenden Beispiel kann das Innere der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 auf einem Hochvakuum gehalten werden, während sich die Probenkammer 104 auf einem niedrigen Vakuum oder auf Atmosphärendruck befindet. Die Atmosphäre um die Probe 110 auf dem Probentisch 146 kann damit auf einem niedrigen Vakuum oder auf Atmosphärendruck gehalten werden.
Damit kann eine Probe, die Wasser enthält, etwa eine biotische Probe oder eine biologische Zelle, und auch eine feuchte Substanz wie ein Bindemittel einer FIS-Bearbeitung unterzogen werden. Um die Probe 110 herum befindet sich eine Anzahl von Gasmolekülen der Luft und dergleichen. Der Einfluß von eventuell von der Probe 110 bei der Bestrahlung mit dem Ladungsteilchenstrahl abgegebenem Gas ist daher gering. Im Ergebnis kann auch eine Probe, die Gas enthält, etwa ein poröses Material für die Gasabsorption oder ein aufschäumbares Material mit Luftblasen, mittels FIS bearbeitet werden.
Wenn die Probe in einem niedrigen Vakuum oder unter Atmosphärendruck gehalten wird, ergibt sich auch der Vorteil, daß eine Aufladung der Probe vermieden werden kann. Es kann daher auch ein isolierendes Material bearbeitet werden, das sonst aufgrund der Aufladung nur schwer mittels FIS bearbeitet werden kann, etwa ein keramisches Material oder Gummi. Wenn die Anzahl der Gasmoleküle um die Probe herum groß ist, wird auch mehr Wärme von der Probe durch thermische Leitung abgeleitet. Im Ergebnis wird die FIS-Bearbeitung einer Probe erleichtert, die thermisch schnell denaturiert wird, etwa von Kunstharzmaterialien und Polymermaterialien.
Mit der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung des vorliegenden Beispiels können verschiedene Materialien mittels FIS bearbeitet werden, die sonst nur schwer mit FIS bearbeitet werden können. Die Herstellung einer Dünnschichtprobe für eine TEM- oder RTEM-Betrachtung mittels einer FIS-Bearbeitung kann daher bei einer größeren Vielfalt von Materialien angewendet werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht damit eine bedeutende Erhöhung der Analyseeffizient und eine Erweiterung des Umfangs von Strukturanalysen durch eine TEM- oder RTEM-Betrachtung.
Mit der vorliegenden Erfindung kann an Proben aus verschiedenen Materialen nicht nur eine FIS-Bearbeitung erfolgen, sondern es können auch durch eine Bestrahlung mit einem Ionenstrahl oder einem Elektronenstrahl Schichten abgeschieden werden. Außerdem kann eine Rasterionenabbildung (RIM) oder eine REM-Abbildung erstellt werden.
In niedrigem Vakuum oder unter Atmosphärendruck wird der Ladungsteilchenstrahl im Vergleich zum Hochvakuum stark gestreut und verliert Energie. Der Weg, den der Ladungsteilchenstrahl im niedrigen Vakuum oder unter Atmosphärendruck zurücklegt, ist daher am besten so kurz wie möglich. Der Abstand zwischen der zweiten differentiellen Evakuier-Trennwand 109 und der Probe 110 sollte daher vorzugsweise nicht mehr als 2 mm betragen. Der Ladungsteilchenstrahl wird damit weniger gestreut und der Energieverlust verringert. Damit ist eine Feinbearbeitung oder eine schnelle Bearbeitung mittels FIS, die Abscheidung einer Schicht mittels FIS oder einem Elektronenstrahl und eine hoch aufgelöste Betrachtung auch im niedrigen Vakuum oder unter Atmosphärendruck möglich.
<Funktion der Heliumgaszuführeinheit>
Es wird nun die Heliumgaszuführeinheit 144 der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung des vorliegenden Beispiels beschrieben. Bei dem vorliegenden Beispiel wird ein Gas mit einem geringen Streuvermögen für den Ladungsteilchenstrahl, etwa Heliumgas, im niedrigen Vakuum oder bei Atmosphärendruck lokal in den Weg des Ladungsteilchenstrahls 130 eingeführt. Wie gezeigt wird das Heliumgas zwischen der zweiten differentiellen Evakuier-Trennwand 109 und der Probe 110 durch die Heliumgaszuführeinheit 144 in den Weg des Ladungsteilchenstrahls 130 eingeführt. Dadurch wird das Gas im Weg des Ladungsteilchenstrahls 130 durch das Heliumgas ersetzt. Da sich dann im Weg des Ladungsteilchenstrahls 130 das Heliumgas mit geringem Streuvermögen befindet, wird der Ladungsteilchenstrahl weniger gestreut und der Energieverlust gemindert.
Bei dem vorliegenden Beispiel ergibt sich durch die Möglichkeit der Feinbearbeitung oder schnellen Bearbeitung mittels FIS, der Abscheidung von Schichten mittels FIS oder einem Elektronenstrahl und der Betrachtung mit dem Ladungsteilchenstrahl eine hohe Leistungsfähigkeit. Die Einführung von Heliumgas kann unabhängig vom Abstand zwischen der zweiten differentiellen Evakuier-Trennwand 109 und der Probe 110 erfolgen.
<Funktion der Abschirmplatte>
Es werden nun die Gruppe von Deflektoren 132 und die Abschirmplatte 135 der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung des vorliegenden Beispiels beschrieben. Wenn der Weg des Ladungsteilchenstrahls von der Ladungsteilchenquelle zur Bestrahlungsposition auf der Probe geradlinig verläuft, können gasförmige Moleküle, die aus der Umgebung der Probe zurückgestreut werden, die Ladungsteilchenquelle erreichen. Wenn diese gasförmigen Moleküle die Ladungsteilchenquelle erreichen, kann die Ladungsteilchenquelle verunreinigt werden, so daß sich im Ergebnis die Betriebsdauer der Ladungsteilchenquelle verkürzt.
Deshalb wird bei dem vorliegenden Beispiel die Abschirmplatte 135 in der optischen Achse der Ladungsteilchenquelle 131 angeordnet. Die Abschirmplatte 135 wird so angeordnet, daß sie die optische Achse der Ladungsteilchenquelle 131 schneidet. Außerdem wird der Weg des Ladungsteilchenstrahls 130 von der Ladungsteilchenquelle 131 durch die Gruppe von Deflektoren 132 so abgelenkt, daß der Ladungsteilchenstrahl 130 die Abschirmplatte 135 umgeht. Der Weg des Ladungsteilchenstrahls 130 von der Ladungsteilchenquelle 131 zur Einstrahlposition auf der Probe 110 verläuft daher gebogen und nicht geradlinig. Aus der Umgebung der Probe zurückgestreute gasförmige Moleküle können daher die Ladungsteilchenquelle 131 nicht erreichen, so daß die Ladungsteilchenquelle nicht mit den gasförmigen Molekülen aus der Umgebung der Probe verunreinigt werden kann. Die Betriebsdauer der Ladungsteilchenquelle kann damit erhöht werden.
Die Abschirmplatte 135 kann mit einem nicht gezeigten Antriebsmechanismus und einer nicht gezeigten Steuerung für den Antrieb der Abschirmplatte versehen sein. Wenn die Abschirmplatte 135 wie gezeigt so angeordnet ist, daß sie die optische Achse der Ladungsteilchenquelle 131 schneidet, wird eine Verunreinigung der Ladungsteilchenquelle 131 durch aus der Umgebung der Probe zurückgestreute gasförmige Moleküle verhindert. Wenn sie nicht erforderlich ist, kann die Abschirmplatte 135 zurückgezogen werden. In diesem Fall ist dann der Weg des Ladungsteilchenstrahls 130 von der Ladungsteilchenquelle 131 zur Einstrahlposition auf der Probe 110 gerade.
Bei dem gezeigten Beispiel umfaßt die Gruppe von Deflektoren 132 vier Sätze von Deflektoren. Die Anzahl und Anordnung der Deflektoren ist jedoch nicht eingeschränkt, solange der Ladungsteilchenstrahl 130 von der Ladungsteilchenquelle 131 so gebogen wird, daß er die Abschirmplatte 135 umgeht. Zum Beispiel können zur Verwirklichung eines ähnlichen Systems drei Sätze von Deflektoren verwendet werden.
<Funktion des optischen Mikroskops>
Es wird nun das optische Mikroskop 145 der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung des vorliegenden Beispiels beschrieben. Wenn die Probe 110 mit dem Ladungsteilchenstrahl 130 bearbeitet wird, führt der Bediener die FIS-Bearbeitungsoperation aus, während er die bearbeitete Stelle auf der Probe 110 und die Einstrahlposition des Ladungsteilchenstrahls 130 beobachtet. Es ist daher erforderlich, bei der FIS-Bearbeitung eine Abbildung der bearbeiteten Stelle auf der Probe 110 aufzunehmen. Normalerweise wird dazu die vom Detektor 148 erhaltene Sekundärelektronenabbildung verwendet.
Mit der vom Detektor 148 erhaltenen Sekundärelektronenabbildung ist es jedoch schwierig, bei der Einstrahlung eines breiten Ladungsteilchenstrahls die Stelle für die Bearbeitung oder für die Abscheidung einer Schicht zu identifizieren. Insbesondere gibt es bei der FIS-Bearbeitung keine Emission von hochenergetischen rückgestreuten Elektronen, so daß es schwierig ist, im niedrigen Vakuum oder in der Atmosphäre eine Ladungsteilchenabbildung aufzunehmen.
Beim vorliegenden Beispiel können die Bearbeitungsposition und die Einstrahlposition des Ladungsteilchenstrahls mit dem optischen Mikroskop 145 identifiziert werden. Zum Beispiel kann die Einstrahlposition des Ladungsteilchenstrahls anhand einer durch die Bestrahlung mit dem Ladungsteilchenstrahl ausgebildeten Bearbeitungsmarkierung mit dem optischen Mikroskop 145 identifiziert werden. Vorab kann eine mechanische oder elektrische Justierung derart erfolgen, daß die Einstrahlposition des Ladungsteilchenstrahls mit der Beobachtungsposition des optischen Mikroskops 145 zusammenfällt. Auf diese Weise kann die Bearbeitungsposition des Ladungsteilchenstrahls auf der Basis einer Abbildung vom optischen Mikroskop 145 festgestellt werden. Außerdem kann vorab die Beziehung zwischen der Einstrahlposition des Ladungsteilchenstrahls und der Beobachtungsposition des optischen Mikroskops 145 aufgezeichnet werden. Auf diese Weise kann die Bearbeitungsposition des Ladungsteilchenstrahls auf der Basis einer Abbildung vom optischen Mikroskop 145 bestimmt werden.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist das optische Mikroskop 145 in der optischen Achse der Ladungsteilchenquelle 131 angeordnet. Die Position des optischen Mikroskops 145 und die Position der optischen Achse können jedoch beliebig gewählt werden, solange dabei die Einstrahlposition der Ladungsteilchenquelle 131 beobachtet werden kann. Zum Beispiel kann die optische Achse des optischen Mikroskops 145 unter einem Winkel zur optischen Achse der Ladungsteilchenquelle 131 verlaufen.
<Position der Probe bezüglich der Ladungsteilchenstrahlsäule>
Bei der in der 1 gezeigten Ladungsteilchenstrahlvorrichtung des vorliegenden Beispiels ist die erste differentielle Evakuier-Trennwand 108 am unteren Ende der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 angeordnet; die vordere Probenkammer 103 ist unter der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 angeordnet; und die zweite differentielle Evakuier-Trennwand 109 ist am unteren Ende der vorderen Probenkammer 103 angeordnet mit der Probe 110 darunter. Diese Reihenfolge kann umgedreht werden, das heißt die erste differentielle Evakuier-Trennwand 108 kann am oberen Ende der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 angeordnet werden; die vordere Probenkammer 103 über der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 und die zweite differentielle Evakuier-Trennwand 109 am oberen Ende der vorderen Probenkammer 103 mit der Probe 110 darüber.
In diesem Fall befindet sich die Probe 110 über der zweiten differentiellen Evakuier-Trennwand 109, so daß der Probentisch 146 entfallen kann. Die Heliumgaszuführeinheit 144, die Gasabscheidungseinheit 149 und die Mikroprobenentnahmeeinheit 150 können in der vorderen Probenkammer 103 angeordnet sein.
Anhand der 2 wird ein zweites Beispiel der erfindungsgemäßen Ladungsteilchenstrahlvorrichtung beschrieben. Bei der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung des vorliegenden Beispiels ist im Vergleich zum ersten Beispiel der 1 keine Probenkammer 104 vorgesehen. Die dritte Vakuumpumpe 143 mit der dritten Vakuumpumpensteuerung 153 und das Ventil 147 mit der Ventilsteuerung 157 an der Probenkammer 104 können damit entfallen. Da es beim vorliegenden Beispiel keine Probenkammer 104 gibt, befindet sich die Probe 110 auf dem Probentisch 146 in der Atmosphäre.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist P1 < P2 < P3, wobei P1 der Luftdruck in der Ladungsteilchenstrahlsäule 101, P2 der Luftdruck in der vorderen Probenkammer 103 und P3 der Luftdruck in dem Raum ist, in dem sich die Probe 110 befindet.
Bei dem vorliegenden Beispiel kann die Bearbeitung oder Betrachtung sofort beginnen, nachdem die Probe 110 auf dem Probentisch 146 angeordnet wurde. Das heißt, es entfällt die Zeit zum Evakuieren der Probenkammer 104. Der Durchsatz bei der Bearbeitung und Betrachtung und die Bedienung werden damit erleichtert.
Wie oben bereits angegeben, wird im Vergleich zum Hochvakuum der Ladungsteilchenstrahl bei Atmosphärendruck stark gestreut, und es ergibt sich ein Energieverlust. Vorteilhafterweise ist daher der Weg, den der Ladungsteilchenstrahl unter Atmosphärendruck zurücklegt, so kurz wie möglich. Der Abstand zwischen der zweiten differentiellen Evakuier-Trennwand 109 und der Probe 110 beträgt daher vorzugsweise nicht mehr als 2 mm. Auf diese Weise wird der Ladungsteilchenstrahl weniger gestreut und der Energieverlust vermindert. Auch unter Atmosphärendruck ist dann eine Feinbearbeitung oder schnelle Bearbeitung mittels FIS, die Abscheidung einer Schicht mittels FIS oder einem Elektronenstrahl und eine hoch aufgelöste Betrachtung möglich.
Auch bei dem vorliegenden Beispiel kann die Reihenfolge der Anordnung der Ladungsteilchenstrahlsäule 101, der vorderen Probenkammer 103 und der Probe 110 gegenüber der Reihenfolge des Beispiels von 1 umgedreht werden. Das heißt, daß die erste differentielle Evakuier-Trennwand 108 über dem oberen Ende der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 angeordnet werden kann; die vordere Probenkammer 103 kann auf der Oberseite der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 angeordnet werden; und die zweite differentielle Evakuier-Trennwand 109 kann am oberen Ende der vorderen Probenkammer 103 mit der Probe 110 darüber angeordnet werden. Auf diese Weise wird die Probe 110 über der zweiten differentiellen Evakuier-Trennwand 109 angeordnet, so daß der Probentisch 146 entfallen kann. Da es bei dem vorliegenden Beispiel keine Probenkammer gibt, kann die Probe leicht ersetzt werden.
Beim vorliegenden Beispiel und bei den folgenden Beispielen sind in der Nähe des Probentisches 146 eine Gasabscheidungseinheit, eine Mikroprobenentnahmeeinheit und dergleichen vorgesehen, in der Zeichnung jedoch nicht gezeigt.
Anhand der 3 wird ein drittes Beispiel für die erfindungsgemäße Ladungsteilchenstrahlvorrichtung beschrieben. Im Vergleich zum zweiten Beispiel der 2 weist die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung des vorliegenden Beispiels eine abgeknickte Ladungsteilchenstrahlsäule 102 auf. Die Ladungsteilchenstrahlsäule 102 umfaßt einen unteren geraden Abschnitt 102b und einen abgeknickten oberen Abschnitt 102a. Die Ladungsteilchenquelle 131 befindet sich im abgeknickten Abschnitt 102a. Das optische System für den Ladungsteilchenstrahl ist bei dem vorliegenden Beispiel anstelle der Gruppe von Deflektoren 132 nur mit einem Deflektor 133 zum Ablenken des Ladungsteilchenstrahls 130 versehen. Der Deflektor 133 wird von einer Deflektorsteuerung 160 gesteuert. Das optische System für den Ladungsteilchenstrahl enthält bei dem vorliegenden Beispiel keine Abschirmplatte 135.
Der Ladungsteilchenstrahl 130 von der Ladungsteilchenquelle 131 wird vom Deflektor 133 umgelenkt. Der Weg des Ladungsteilchenstrahls 130 von der Ladungsteilchenquelle 131 zur Einstrahlposition auf der Probe 110 ist daher umgelenkt und nicht gerade. Aus der Umgebung der Probe können daher keine rückgestreuten gasförmigen Moleküle die Ladungsteilchenquelle 131 erreichen. Die Ladungsteilchenquelle 131 kann daher nicht mit den gasförmigen Molekülen aus der Umgebung der Probe verunreinigt werden, und die Betriebsdauer der Ladungsteilchenquelle ist erhöht.
Bei dem gezeigten Beispiel wurde der Detektor 148 und die Detektorsteuerung 158 weggelassen. Der Detektor 148 und die Detektorsteuerung 158 können jedoch auch bei dem vorliegenden Beispiel vorgesehen werden. Der Detektor 148 kann an der vorderen Probenkammer 103 oder an der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 angeordnet sein.
Anhand der 4 wird ein viertes Beispiel für die erfindungsgemäße Ladungsteilchenstrahlvorrichtung beschrieben. Im Vergleich zum zweiten Beispiel der 2 befindet sich bei der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung des vorliegenden Beispiels am unteren Ende der vorderen Probenkammer 103 anstelle der zweiten differentiellen Evakuier-Trennwand 109 eine differentielle Evakuierleitung 418. Bei dem gezeigten Beispiel ist in der Öffnung 416 am unteren Ende der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 keine erste differentielle Evakuier-Trennwand 108 vorgesehen.
Die Ladungsteilchenstrahlsäule 101 und die vordere Probenkammer 103 stehen über die Öffnung 416 in Verbindung. Die vordere Probenkammer 103 und der Raum, in dem sich die Probe 110 befindet, stehen über die differentielle Evakuierleitung 418 in Verbindung.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist P1 < P2 < P3, wobei P1 der Luftdruck in der Ladungsteilchenstrahlsäule 101, P2 der Luftdruck in der vorderen Probenkammer 103 und P3 der Luftdruck in dem Raum ist, in dem sich die Probe 110 befindet.
Die differentielle Evakuierleitung 418 kann eine zylindrische Form, eine zulaufende Trichterform, eine konische Form oder eine Form aus einer Kombination von Leitungen mit unterschiedlichen Durchmessern haben. Für die äußere Form der differentiellen Evakuierleitung 418 gibt es keine besonderen Einschränkungen, solange die differentielle Evakuierleitung 418 irgendwo im Inneren eine Leitung enthält. Die differentielle Evakuierleitung 418 kann einen Innendurchmesser von nicht mehr als 3 mm aufweisen.
Die Länge und der Innendurchmesser der differentiellen Evakuierleitung 418 sind so festgelegt, daß das pro Zeiteinheit die differentielle Evakuierleitung 418 durchfließende Luftvolumen kleiner ist als das die zweite differentielle Evakuier-Trennwand 109 pro Zeiteinheit durchfließende Luftvolumen. Dadurch wird der Druckunterschied zwischen dem Inneren der Ladungsteilchenstrahlsäule 101, dem Inneren der vorderen Probenkammer 103 und dem Raum erhöht, in dem sich die Probe 110 befindet. Die Streuung des Ladungsteilchenstrahls und der Energieverlust werden dadurch weiter vermindert.
Bei dem vorliegenden Beispiel können wegen der differentiellen Evakuierleitung 418 Vorrichtungen und Aufbauten wie die Heliumgaszuführeinheit, die Gasabscheidungseinheit und die Mikroprobenentnahmeeinheit in der Nähe der Probe 110 angeordnet werden. Da die differentielle Evakuierleitung 418 bei dem vorliegenden Beispiel ein langes und dünnes rohrförmiges Element ist, kann der Ausgang der differentiellen Evakuierleitung 418 auch dann ganz in der Nähe der Oberfläche der Probe 110 angeordnet werden, wenn der Platz um die Probe 110 von verschiedenen Vorrichtungen oder Aufbauten belegt ist. Der Weg, den der Ladungsteilchenstrahl unter Atmosphärendruck zurücklegt, ist daher ausreichend kurz, so daß die Streuung des Ladungsteilchenstrahls und der Energieverlust vermindert werden.
Bei dem vorliegenden Beispiel ist wie bei dem zweiten Beispiel der 2 keine Probenkammer 104 vorhanden. Es kann jedoch wie beim ersten Beispiel der 1 eine Probenkammer 104 vorgesehen werden. Bei dem vorliegenden Beispiel ist auch kein Detektor 148 vorhanden, der Detektor 148 kann jedoch vorgesehen werden. Der Detektor 148 kann an der vorderen Probenkammer 103, der Probenkammer 104 oder der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 angeordnet werden.
Anhand der 5 wird ein fünftes Beispiel für die erfindungsgemäße Ladungsteilchenstrahlvorrichtung beschrieben. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung des vorliegenden Beispiels unterscheidet sich vom vierten Beispiel der 4 darin, daß keine vordere Probenkammer 103 vorgesehen ist und daß die Ladungsteilchenstrahlsäule 101 mit einer differentiellen Evakuierleitung 518 ausgestattet ist. Bei dem vorliegenden Beispiel stehen die Ladungsteilchenstrahlsäule 101 und der Raum, in dem sich die Probe 110 befindet, über die differentielle Evakuierleitung 518 in Verbindung. Bei dem vorliegenden Beispiel sind die zweite Vakuumpumpe 142 und die zweite Vakuumpumpensteuerung 152 für die vordere Probenkammer 103 nicht erforderlich, wodurch der Vorrichtungsaufbau einfacher wird.
Anhand der 6 wird ein sechstes Beispiel für die erfindungsgemäße Ladungsteilchenstrahlvorrichtung beschrieben. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung des vorliegenden Beispiels unterscheidet sich vom zweiten Beispiel der 2 darin, daß anstelle der ersten und zweiten differentiellen Evakuier-Trennwände 108 und 109 Lochelektroden 616, 617 und 618 vorgesehen sind.
Die Lochelektroden 616, 617 und 618 haben eine Objektivlinsenfunktion und eine differentielle Evakuier-Trennwand-Funktion. Bei dem vorliegenden Beispiel enthält daher das optische System für den Ladungsteilchenstrahl in der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 keine Objektivlinse.
Die erste Lochelektrode 616 befindet sich am unteren Ende der Ladungsteilchenstrahlsäule 101. Die dritte Lochelektrode 618 ist am unteren Ende der vorderen Probenkammer 103 angebracht. Die zweite Lochelektrode 617 ist zwischen den beiden Lochelektroden 616 und 618 angeordnet. Die Ladungsteilchenstrahlsäule 101 und die vordere Probenkammer 103 stehen über die erste Lochelektrode 616 in Verbindung. Die vordere Probenkammer 103 und der Raum, in dem sich die Probe 110 befindet, stehen über die dritte Lochelektrode 618 in Verbindung. Die Lochelektroden 616, 617 und 618 bestehen aus ringförmigen Elementen mit einem Innendurchmesser von nicht mehr als 2 mm.
Die erste Lochelektroden 616 und die dritte Lochelektrode 618 haben eine Linsenfunktion und eine differentielle Evakuier-Trennwand-Funktion. Die zweite Lochelektrode 617 hat nur eine Linsenfunktion. Die Spannungen an den Lochelektroden 616, 617 und 618 werden von einer Lochelektrodensteuerung 660 gesteuert. Durch entsprechendes Steuern der Spannungen an den Lochelektroden 616, 617 und 618 wird der Linsenbetrieb eingestellt. Die Räume 106 zwischen den Lochelektroden 616, 617 und 618 bilden eine Linsenkammer. Bei dem vorliegenden Beispiel enthält die vordere Probenkammer 103 die Linsenkammer, so daß im Vergleich zu dem Fall, daß die vordere Probenkammer 103 und die Linsenkammer getrennt vorgesehen werden, der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht werden kann.
Bei dem vorliegenden Beispiel weist die dritte Lochelektrode 618, die der Probe 110 am nächsten ist, eine Linsenfunktion und eine differentielle Evakuier-Trennwand-Funktion auf. Der Abstand zwischen der Linse und der Probe 110 kann daher verringert werden, wodurch die Wirksamkeit der Linse zunimmt. Das heißt, daß die Auflösung der Ladungsteilchenstrahlabbildung und die Bearbeitungsgenauigkeit zunehmen. Bei dem vorliegenden Beispiel nimmt dadurch auch der Abstand zwischen der differentiellen Evakuier-Trennwand und der Probe 110 ab, wodurch der Weg kürzer wird, den der Ladungsteilchenstrahl unter Atmosphärendruck zurücklegt. Dadurch wird der Ladungsteilchenstrahl weniger gestreut und der Energieverlust geringer.
Beim vorliegenden Beispiel wird die Linsenfunktion mit drei Lochelektroden verwirklicht, für die Anzahl der Lochelektroden gibt es jedoch keine besonderen Einschränkungen, solange eine Linsenfunktion erhalten wird. Zum Beispiel kann es auch eine Lochelektrode sein, und es können zwei oder vier Lochelektroden sein.
Bei dem vorliegenden Beispiel weisen die beiden seitlichen Lochelektroden 616 und 618 die Funktion der differentiellen Evakuier-Trennwand auf. Es kann jedoch auch nur eine der drei Lochelektroden 616, 617 und 618 die Funktion der differentiellen Evakuier-Trennwand aufweisen. Vorzugsweise weist die Lochelektrode 618, die der Probe 110 am nächsten ist, die Funktion der differentiellen Evakuier-Trennwand auf. Auf diese Weise ist der Weg, den der Ladungsteilchenstrahl unter Atmosphärendruck zurücklegt, ausreichend kurz, damit der Ladungsteilchenstrahl weniger gestreut wird und der Energieverlust gering ist.
Anhand der 7 wird ein siebtes Beispiel für die erfindungsgemäße Ladungsteilchenstrahlvorrichtung beschrieben. Die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung des vorliegenden Beispiels unterscheidet sich vom sechsten Beispiel der 6 darin, daß anstelle der vorderen Probenkammer und der Lochelektroden eine elektromagnetische Linse 720 vorgesehen ist. Die elektromagnetische Linse 720 ist eine Objektivlinse, die ein optisches System für den Ladungsteilchenstrahl bildet. Die elektromagnetische Linse 720 wird von einer elektromagnetischen Linsensteuerung 760 gesteuert.
Die elektromagnetische Linse 720 umfaßt bei dem vorliegenden Beispiel die Funktionen einer vorderen Probenkammer und einer differentiellen Evakuier-Trennwand. Zuerst wird die Funktion der vorderen Probenkammer beschrieben. Die elektromagnetische Linse 720 weist einen Magnetisierungsweg auf. Der Magnetisierungsweg umschließt eine innere Linsenkammer 107. Die Linsenkammer 107 hat wie die vordere Probenkammer 103 den Aufbau eines luftdichten Behälters und wird von der zweiten Vakuumpumpe 142 evakuiert.
Es wird nun die Funktion der differentiellen Evakuier-Trennwand beschrieben. Der Magnetisierungsweg der elektromagnetischen Linse 720 umschließt kleine zentrale Öffnungen 716 und 718. Die Öffnungen 716 und 718 bilden eine differentielle Evakuier-Trennwand oder eine differentielle Evakuierleitung.
Da bei dem vorliegenden Beispiel die elektromagnetische Linse 720 am unteren Ende der Ladungsteilchenstrahlsäule 101 angeordnet ist, ist der Abstand zwischen der elektromagnetischen Linse 720 und der Probe 110 klein. Die Wirksamkeit der Linse wird dadurch erhöht. Das heißt, daß die Auflösung der Ladungsteilchenstrahlabbildung und die Bearbeitungsgenauigkeit zunehmen. Bei dem vorliegenden Beispiel ist der Abstand zwischen den Öffnungen 716 und 718 im Magnetisierungsweg und der Probe 110 klein, wodurch der Weg kürzer wird, den der Ladungsteilchenstrahl unter Atmosphärendruck zurücklegt. Dadurch wird der Ladungsteilchenstrahl weniger gestreut und der Energieverlust geringer.
Erfindungsgemäß wird eine Ladungsteilchenstrahlvorrichtung geschaffen, mit der die Bearbeitung einer Probe bei Atmosphärendruck oder in einem niedrigen Vakuum möglich ist.
Mit der Vorrichtung ist daher zum Beispiel eine Feinbearbeitung einer biologischen Probe oder einer feuchten Substanz mittels FIS möglich. Die Wirksamkeit bei der Herstellung einer Dünnschichtprobe für eine TEM- oder RTEM-Betrachtung wird damit deutlich erhöht und die Genauigkeit bei einer TEM- oder RTEM-Analyse erhöht.
Die unter Atmosphärendruck oder in einem niedrigen Vakuum gehaltene Probe kann mit einem Ladungsteilchenstrahl geringer Größe bestrahlt werden. Die Wirksamkeit der Bearbeitung und der Betrachtung mit der Ladungsteilchenstrahlvorrichtung wird dadurch erhöht.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Beispielen beschrieben, sie ist jedoch nicht auf eines der vorstehenden Beispiele beschränkt, und der Fachmann weiß, daß innerhalb des in den folgenden Patentansprüchen angegebenen Umfangs der vorliegenden Erfindung verschiedene Modifikationen möglich sind.
Bezugszeichenliste

101, 102: Ladungsteilchenstrahlsäule
102a: abgeknickter Abschnitt
102b: gerader Abschnitt
103: vordere Probenkammer
104: Probenkammer
106, 107: Linsenkammer
108: erste differentielle Evakuier-Trennwand
109: zweite differentielle Evakuier-Trennwand
110: Probe
130: Ladungsteilchenstrahl
131: Ladungsteilchenquelle
132: Gruppe von Deflektoren
133: Deflektor
135: Abschirmplatte
141: erste Vakuumpumpe
142: zweite Vakuumpumpe
143: dritte Vakuumpumpe
144: Heliumgaszuführeinheit
145: optisches Mikroskop
146: Probentisch
147: Ventil
148: Detektor
149: Gasabscheidungseinheit
150: Mikroprobenentnahmeeinheit
151: erste Vakuumpumpensteuerung
152: zweite Vakuumpumpensteuerung
153: dritte Vakuumpumpensteuerung
154: Heliumgaszuführeinheitsteuerung
155: Steuerung für das optische Mikroskop
156: Probentischsteuerung
157: Ventilsteuerung
158: Detektorsteuerung
159: Deflektorgruppensteuerung
160: Deflektorsteuerung
161: Gasabscheidungseinheitsteuerung
162: Mikroprobenentnahmeeinheitsteuerung
170: integrierter Computer
171: Display
172: Steuereinheit 172 (Tastatur, Maus etc.)
416: Öffnung
418, 518: differentielle Evakuierleitung
616: erste differentielle Evakuier-Trennwand/Lochelektrode
617: Lochelektrode
618: zweite differentielle Evakuier-Trennwand/Lochelektrode
660: Lochelektrodensteuerung
716: Öffnung (erste differentielle Evakuier-Trennwand/Magnetisierungsweg)
718: Öffnung (zweite differentielle Evakuier-Trennwand/Magnetisierungsweg)
720: elektromagnetische Linse
760: elektromagnetische Linsensteuerung

Claims

Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einem Probentisch für eine Probe; einem optischen System für einen Ladungsteilchenstrahl, das den Ladungsteilchenstrahl von einer Ladungsteilchenquelle auf die Probe fokussiert; einer Ladungsteilchenstrahlsäule, die das optische System für den Ladungsteilchenstrahl aufnimmt; einer ersten differentiellen Evakuier-Trennwand an der Ladungsteilchenstrahlsäule; einer vorderen Probenkammer, die über die erste differentielle Evakuier-Trennwand mit der Ladungsteilchenstrahlsäule in Verbindung steht; einer zweiten differentiellen Evakuier-Trennwand an der vorderen Probenkammer; einer ersten Vakuumpumpe zum Evakuieren der Ladungsteilchenstrahlsäule; und mit einer zweiten Vakuumpumpe zum Evakuieren der vorderen Probenkammer, wobei der Ladungsteilchenstrahl von der Ladungsteilchenquelle über das optische System für den Ladungsteilchenstrahl, die erste differentielle Evakuier-Trennwand und die zweite differentielle Evakuier-Trennwand auf die Probe eingestrahlt wird; die erste Vakuumpumpe und die zweite Vakuumpumpe so gesteuert werden, daß P1 < P2 < P3 ist, wobei P1 der Luftdruck in der Ladungsteilchenstrahlsäule, P2 der Luftdruck in der vorderen Probenkammer und P3 der Luftdruck in dem die Probe umgebenden Raum ist; und wobei die erste und die zweite differentielle Evakuier-Trennwand jeweils einen Innendurchmesser von nicht mehr als 2 mm aufweisen.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das optische System für den Ladungsteilchenstrahl umfaßt eine Abschirmplatte, die so angeordnet ist, daß sie die optische Achse der Ladungsteilchenquelle schneidet, und eine Gruppe von Deflektoren zum Umlenken des Weges des Ladungsteilchenstrahls von der Ladungsteilchenquelle derart, daß der Ladungsteilchenstrahl die Abschirmplatte umgeht.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Heliumgaszuführeinheit zum Einführen von Heliumgas in den Weg des Ladungsteilchenstrahls zwischen der zweiten differentiellen Evakuier-Trennwand und der Probe.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, mit einem optischen Mikroskop zum Betrachten der Einstrahlposition der Ladungsteilchenquelle auf der Probe.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Probenkammer für die Aufnahme des Probentisches; einer dritten Vakuumpumpe zum Evakuieren der Probenkammer; und mit einem Ventil, das zum Verbinden der Probenkammer mit der Atmosphäre geöffnet und geschlossen werden kann.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ladungsteilchenstrahlsäule einen geraden Abschnitt und einen abgeknickten Abschnitt umfaßt, der bezüglich des geraden Abschnitts abgeknickt ist; wobei die Ladungsteilchenquelle sich im abgeknickten Abschnitt befindet; und wobei das optische System für den Ladungsteilchenstrahl einen Deflektor zum Umlenken des Ladungsteilchenstrahls von der Ladungsteilchenquelle umfaßt.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Gasabscheidungseinheit und einer Mikroprobenentnahmeeinheit in der Nähe der Probe.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einem Probentisch für eine Probe; einem optischen System für einen Ladungsteilchenstrahl, das den Ladungsteilchenstrahl von einer Ladungsteilchenquelle auf die Probe fokussiert; einer Ladungsteilchenstrahlsäule, die das optische System für den Ladungsteilchenstrahl aufnimmt; einer vorderen Probenkammer, die mit der Ladungsteilchenstrahlsäule in Verbindung steht; einer differentiellen Evakuierleitung, die die vordere Probenkammer mit dem Raum verbindet, in dem sich die Probe befindet; einer ersten Vakuumpumpe zum Evakuieren der Ladungsteilchenstrahlsäule; und mit einer zweiten Vakuumpumpe zum Evakuieren der vorderen Probenkammer, wobei der Ladungsteilchenstrahl von der Ladungsteilchenquelle über das optische System für den Ladungsteilchenstrahl und die differentielle Evakuierleitung auf die Probe eingestrahlt wird; die erste Vakuumpumpe und die zweite Vakuumpumpe so gesteuert werden, daß P1 < P2 < P3 ist, wobei P1 der Luftdruck in der Ladungsteilchenstrahlsäule, P2 der Luftdruck in der vorderen Probenkammer und P3 der Luftdruck in dem die Probe umgebenden Raum ist; und wobei die differentielle Evakuierleitung einen Innendurchmesser von nicht mehr als 3 mm aufweist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Ladungsteilchenstrahlsäule eine Öffnung umfaßt und die Ladungsteilchenstrahlsäule und die vordere Probenkammer über die Öffnung in Verbindung stehen.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einem Probentisch für eine Probe; einem optischen System für einen Ladungsteilchenstrahl, das den Ladungsteilchenstrahl von einer Ladungsteilchenquelle auf die Probe fokussiert; einer Ladungsteilchenstrahlsäule, die das optische System für den Ladungsteilchenstrahl aufnimmt; einer differentiellen Evakuierleitung, die die Ladungsteilchenstrahlsäule mit dem Raum verbindet, in dem sich die Probe befindet; und mit einer Vakuumpumpe zum Evakuieren der Ladungsteilchenstrahlsäule; wobei der Ladungsteilchenstrahl von der Ladungsteilchenquelle über das optische System für den Ladungsteilchenstrahl und die differentielle Evakuierleitung auf die Probe eingestrahlt wird; die Vakuumpumpe so gesteuert wird, daß P1 < P3 ist, wobei P1 der Luftdruck in der Ladungsteilchenstrahlsäule und P3 der Luftdruck in dem die Probe umgebenden Raum ist; der Abstand zwischen der differentiellen Evakuierleitung und der Probe nicht größer ist als 2 mm; und wobei die differentielle Evakuierleitung einen Innendurchmesser von nicht mehr als 3 mm hat.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, wobei das optische System für den Ladungsteilchenstrahl eine Abschirmplatte umfaßt, die so angeordnet ist, daß sie die optische Achse der Ladungsteilchenquelle schneidet, wobei eine Gruppe von Deflektoren den Weg des Ladungsteilchenstrahls von der Ladungsteilchenquelle derart umlenkt, daß der Ladungsteilchenstrahl die Abschirmplatte umgeht.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, mit einer Heliumgaszuführeinheit zum Einführen von Heliumgas in den Weg des Ladungsteilchenstrahls zwischen der differentiellen Evakuierleitung und der Probe.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, mit einem optischen Mikroskop zum Betrachten der Einstrahlposition der Ladungsteilchenquelle auf der Probe.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, mit einer Gasabscheidungseinheit und einer Mikroprobenentnahmeeinheit in der Nähe der Probe.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einem Probentisch für eine Probe; einem optischen System für einen Ladungsteilchenstrahl, das den Ladungsteilchenstrahl von einer Ladungsteilchenquelle auf die Probe fokussiert; einer Ladungsteilchenstrahlsäule, die das optische System für den Ladungsteilchenstrahl aufnimmt; einer ersten Lochelektrode an der Ladungsteilchenstrahlsäule; einer vorderen Probenkammer, die über die erste Lochelektrode mit der Ladungsteilchenstrahlsäule in Verbindung steht; einer zweiten Lochelektrode an der vorderen Probenkammer; einer Lochelektrodensteuerung zum Steuern der an die erste und zweite Lochelektrode angelegten Spannungen; einer ersten Vakuumpumpe zum Evakuieren der Ladungsteilchenstrahlsäule; und mit einer zweiten Vakuumpumpe zum Evakuieren der vorderen Probenkammer, wobei der Ladungsteilchenstrahl von der Ladungsteilchenquelle über das optische System für den Ladungsteilchenstrahl, die erste Lochelektrode und die zweite Lochelektrode auf die Probe eingestrahlt wird; die erste Vakuumpumpe und die zweite Vakuumpumpe so gesteuert werden, daß P1 < P2 < P3 ist, wobei P1 der Luftdruck in der Ladungsteilchenstrahlsäule, P2 der Luftdruck in der vorderen Probenkammer und P3 der Luftdruck in dem die Probe umgebenden Raum ist; und wobei die erste und die zweite Lochelektrode jeweils einen Innendurchmesser von nicht mehr als 2 mm haben.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einem Probentisch für eine Probe; einem optischen System für einen Ladungsteilchenstrahl, das den Ladungsteilchenstrahl von einer Ladungsteilchenquelle auf die Probe fokussiert; einer Ladungsteilchenstrahlsäule, die das optische System für den Ladungsteilchenstrahl aufnimmt; und mit einer elektromagnetischen Linse mit einem Magnetisierungsweg zwischen der Ladungsteilchenstrahlsäule und der Probe; wobei der Magnetisierungsweg eine vordere Probenkammer ausbildet, die mit der Ladungsteilchenstrahlsäule in Verbindung steht; und wobei der Magnetisierungsweg eine zentrale Öffnung aufweist, die eine differentielle Evakuier-Trennwand bildet, über die die Ladungsteilchenstrahlsäule mit dem Raum in Verbindung steht, in dem sich die Probe befindet, wobei die Ladungsteilchenstrahlvorrichtung des weiteren umfaßt eine erste Vakuumpumpe zum Evakuieren der Ladungsteilchenstrahlsäule; und eine zweite Vakuumpumpe zum Evakuieren der vorderen Probenkammer, die vom Magnetisierungsweg der elektromagnetischen Linse gebildet wird, wobei der Ladungsteilchenstrahl von der Ladungsteilchenquelle über das optische System für den Ladungsteilchenstrahl und die von der zentralen Öffnung im Magnetisierungsweg gebildete differentielle Evakuier-Trennwand auf die Probe eingestrahlt wird; und wobei die erste Vakuumpumpe und die zweite Vakuumpumpe so gesteuert werden, daß P1 < P2 < P3 ist, wobei P1 der Luftdruck in der Ladungsteilchenstrahlsäule, P2 der Luftdruck in der vorderen Probenkammer und P3 der Luftdruck in dem die Probe umgebenden Raum ist.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei das optische System für den Ladungsteilchenstrahl eine Abschirmplatte umfaßt, die so angeordnet ist, daß sie die optische Achse der Ladungsteilchenquelle schneidet, wobei eine Gruppe von Deflektoren den Weg des Ladungsteilchenstrahls von der Ladungsteilchenquelle derart umlenkt, daß der Ladungsteilchenstrahl die Abschirmplatte umgeht.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, mit einer Heliumgaszuführeinheit zum Einführen von Heliumgas in den Weg des Ladungsteilchenstrahls zwischen der elektromagnetischen Linse und der Probe.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, mit einem optischen Mikroskop zum Betrachten der Einstrahlposition der Ladungsteilchenquelle auf der Probe.
Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, mit einer Gasabscheidungseinheit und einer Mikroprobenentnahmeeinheit in der Nähe der Probe.