DE69209028T2 - Ionenstrahl-Analyseverfahren - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei der Funktionsfähigkeit einer Ionenstrahl-Analyseeinrichtung, die eine Zusammensetzung und/oder physikalische Eigenschaften eines kleinen Bereichs eines Elements, eines Produkts oder dergleichen unter Verwendung eines Hochenergie-Ladungsstrahls auf verschiedenen industriellen Gebieten einschließlich des technischen Gebiets von Halbleitern, der medizinisch- und biologisch-technischen Gebiete und so weiter analysiert, und insbesondere auf ein Ionenstrahl-Analyseverfahren, bei dem ein auf einer Anzeigeeinrichtung angezeigtes Abtastbild und die Form eines Strahlflecks eines Ionenstrahls sogleich miteinander übereinstimmend gemacht werden können.
• Wie auf dem technischen Gebiet von Halbleitern gut bekannt, sind ein Anstieg bei der Speicherkapazität und ein Anstieg bei der Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit gefordert, um eine große Informationsmenge in einem Rechner zu verarbeiten. Zu diesem Zweck wurde die Hochintegrationsentwicklung von integrierten Schaltungen (ICs) von Großintegrationsschaltungen (LSIs) auf Höchstintegrationsschaltungen (VLSIs) und weiter auf dreidimensionale integrierte Schaltungen gerichtet. Wenn eine derartige Entwicklung voranschreitet, werden einzelne Elemente und Drähte für diese Elemente in der Größe deutlich verringert und die Anzahl von Schichten erhöht und daneben geht eine Verwendung eines sehr flachen Bereichs unter einer Oberfläche voran. Inzwischen ist bei der Entwicklung oder Verfahrensuntersuchung von derartigen integrierten Schaltungen (ICs) eine Analyse einer Verteilung von Atomen in einem mikroskopischen Bereich sehr wichtig, und in jüngster Zeit wird die Wirksamkeit von Analysetechniken, wie etwa dem Rutherford-Rückstreuverfahren (RBS) und dem Teilchenanregungs-Röntgenstrahl-Spektroskopie-Verfahren (PIXE), die einen konvergierten Ionenstrahl hoher Energie (MeV) mit einer Auflösung von weniger als 1 µm anwenden, erkannt. Somit wird eine Verbesserung bei der Funktion einer Ionenstrahl- Analyseeinrichtung vorangetrieben.
• Figur 6 zeigt schematisch eine beispielhafte herkömmliche Ionenstrahl-Analyseeinrichtung. In Bezug auf Figur 6 wird die herkömmliche Ionenstrahl-Analyseeinrichtung allgemein mit Bezugszeichen 51 bezeichnet und umfaßt eine in einem Ionenbeschleuniger 52 angeordnete Ionenquelle 53. Ein Hochenergie-Ionenstrahl 55 wird von der Ionenquelle 53 des Ionenbeschleunigers 52 erzeugt und mittels einer Beschleunigerröhre 54, die der Ionenbeschleuniger 52 besitzt, beschleunigt. Der so beschleunigte Hochenergie-Ionenstrahl 55 wird dann, während er einen Ablenkanalyseelektromagnet 56 durchläuft, normalerweise um den Winkel von 15 Grad abgelenkt, sodaß er nach Ionentyp und Energie klassifiziert wird. Nachfolgend wird der Hochenergie-Ionenstrahl 55 mittels eines Objektivkollimators 57 auf mehrere zehn Mikrometer im Durchmesser begrenzt und dann nach Durchlaufen eines Driftzwischenraums von mehreren Metern und Ablenkelektroden 62 in zwei oder drei Reihen von magnetischen Vierpollinsen 58 eingeführt. Während der Hochenergie-Ionenstrahl 55 die magnetischen Vierpollinsen 58 durchquert, wird er bei vorbestimmten Verkleinerungsverhältnissen (Konstanten), die von den magnetischen Vierpollinsen 58 und einer Abmessung einer optischen Anordnung abhängen, in den X- und Y-Richtungen konvergiert, und dann auf ein in einer Vakuumkammer 59 untergebrachtes Target 60, d.h. auf ein Prüfstück auf dem Target 60, gesendet, sodaß er einen Strahlfleck auf dem Prüfstück bildet. Folglich werden Ionen, Elektronen, Photonen und so weiter zerstreut und durch eine Wechselwirkung des einfallenden Ionenstrahls 55 und des Targets 60 von dem Prüfstück abgegeben. Diese Teilchen werden mittels eines Detektors 61 und eines in der Vakuumkammer 59 gebildeten Sekundärelektronen-Detektors 63 erfaßt. Ein durch den Sekundärelektronen-Detektor 63 erfaßter Erfassungswert wird in eine nicht gezeigte Bildeinrichtung eingegeben und darauf angezeigt.
• Bei der Ionenstrahl-Analyseeinrichtung 51 wird ein Ionenstrahl 55 durch die zwischen dem Objektivkollimator 57 und den zwei Reihen von magnetischen Vierpollinsen 58 angeordneten Ablenkelektroden 62 abgelenkt, sodaß er auf eine beliebige Position des Prüfstücks auf den Target 60 gesendet werden kann, um einen Strahlfleck in Mikrometereinheiten zu bilden. Da weiter die Position des Strahlflecks durch Anlegen eines Hochfrequenzpotentials an die Ablenkelektroden 62 oder durch Zuführen einer Hochfrequenzspannung an die Ablenkelektroden 62 über eine manuelle Bedienung eines manuell bedienbaren Mechanismus (nicht gezeigt) bewegt wird, kann ein bestimmter voreingestellter Bereich des Prüfstücks auf dem Target 60 durch den Strahlfleck abgetastet werden. Weiter kann eine zweidimensionale Oberflächenanalyse in dem Bereich durch Anzeigen eines Signals zur Analyse auf einer Kathodenstrahlröhre in Synchronisation mit der Abtastposition des Ionenstrahls durchgeführt werden. Es ist zu beachten, daß die Ablenkelektroden 62 durch Ablenkmagnetpole ersetzt werden können.
• Da ein Ionenstrahl auf das Target 60 gesendet wird, werden Sekundärelektronen von der Oberfläche des auf dem Target 60 gehaltenen Prüfstücks erzeugt. Da jedoch die Intensität der so erzeugten Sekundärelektronen abhängig vom Profil der Oberfläche des Prüfstücks oder der Arten von Elementen des Prüfstücks verschieden ist, kann eine den Differenzen entsprechende Information erhalten werden, falls die Strahlaussendebedingungen identisch sind.
• Demgemäß kann ein Oberflächenbild, das dem durch ein Abtastmikroskop erhaltenes gleichwertig ist, durch Synchronisieren des Signals der Sekundärelektronen mit der Position des Strahlflecks, die von einem Hochfrequenzpotential oder einem Hochfrequenzstrom abhängt, über eine Szintillation und mittels eines Photovervielfachers erhalten werden. Indem man von dieser Tatsache Gebrauch macht, wird bei einer Analyse die Bestrahlungsposition eines Ionenstrahls in Übereinstimmung mit einem von Sekundärelektronen erhaltenen Oberflächenabtastbild eingestellt und die Daten der eingestellten Position werden zu den Ablenkelektroden bei der Position gegeben, um ein Einstellen der Position des Ionenstrahls auszuführen. Ein derartiger Vorgang wird normalerweise durch visuelles Anzeigen und Einstellen der Positionsinformation als ein Fleck auf der Kathodenstrahlröhre in Übereinstimmung mit der eingestellten Bildbedingung ausgeführt, während ein von Sekundärelektronen erhaltenes Oberflächenbild des Prüfstücks auf einer Kathodenstrahlröhre angezeigt wird. Nach einem derartigen Eingeben wird dann ein Ionenstrahl automatisch positioniert und zu der Position gesendet, um Daten zum Erstellen einer Analyse zu sammeln.
• Während die Ablenkelektroden 62 bei der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Ionenstrahl-Analyseeinrichtung zwischen dem Objektivkollimator 57 und den magnetischen Vierpollinsen 58 angeordnet sind, werden sie manchmal an einigen anderen Positionen angeordnet. In Bezug auf Figur 7 ist eine weitere beispielhafte herkömmliche Ionenstrahl-Analyseeinrichtung gezeigt. Bei der zweiten herkömmlichen Ionenstrahl-Analyseeinrichtung sind die Ablenkelektroden 62 zwischen den magnetischen Vierpollinsen 58 und der Vakuumkammer 59 angeordnet, sodaß ein durch die magnetischen Vierpollinsen 58 konvergierter Ionenstrahl durch die Ablenkelektroden 62 abgelenkt und zu dem Target 60 in der Vakuumkammer 59 hineingeführt wird.
• U.S. Patent, Nr. 5 063 294 offenbart eine Einrichtung für einen konvergierten Ionenstrahl, und stellt eine Schrift des Standes der Technik zur Erfindung der vorstehenden Anmeldung dar. Eine Objektivschlitzeinrichtung von der Art einer elektrostatischen Kapazität zum Erfassen einer Weite einer veränderlichen Öffnung ist in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift, Anmeldungsnr. Heisei 2-281546, offenbart. Eine magnetische Aufbau- Hochpräzisions-Vierpollinse ist in der Japanischen Patent- Offenlegungsschrift, Anmeldungsnr. Heisei 2-244547, offenbart. Ein Korrekturverfahren für einen Fehler bei der Drehrichtung eines Strahls durch eine magnetische Vierpollinse ist in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift, Anmeldungsnr. Heisei 2- 256147, offenbart. Ein Überwachungsverfahren für eine Rutherford-Rückstreu(RBS)-Analyse und/oder eine Teilchenanregungs- Röntgenstrahl-Spektroskopie(PIXE)-Analyse unter Verwendung eines Sekundärelektronenbildes ist in der Japanischen Patent- Offenlegungsschrift, Anmeldungsnr. Heisei 3-238743, offenbart. Ein Vakuumgefäß, in dem eine Vielzahl von Prüfstücken untergebracht werden kann, ist in der Japanischen Patent- Offenlegungsschrift, Anmeldungsnr. Heisei 3-261058, offenbart. Eine Einrichtung, bei der eine Vielzahl von Halbleiterdetektoren verwendet wird und Erfassungssignale von diesen addiert werden, um die Meßzeit zu verringern, ist in der Japanischen Patent- Offenlegungsschrift, Anmeldungsnr. 3-81938, offenbart.
• Weiterhin offenbart die Schrift US-A-4761559 ein Ionenstrahl- Implantationsanzeigeverfahren und eine Ionenstrahl- Implantationsanzeigeeinrichtung. Bei dem darin offenbarten Anzeigeverfahren kann eine Ionenstrahl-Charakteristik unter Verwendung einer Kathodenstrahlröhrenanzeige überwacht werden. Die vertikale Ablenkung der Anzeige wird durch eine Ionenstrahl- Charakteristik, wie etwa ein Ionenstrahlstrom, moduliert, wohingegen die horizontale Ablenkung mit einem auf eine Strahlabtastung bezogenen Signal durch eine Strahlablenkungselektrode moduliert wird. Bei diesem herkömmlichen Anzeigeverfahren jedoch ist es deshalb nur möglich, eine Vielzahl von graphischen Darstellungen eines Strahlstroms als eine Strahlcharakteristik gegen eine einzige Strahlablenkungsrichtung sichtbar zu machen. Eine Anzeige der (zweidimensionalen) Strahlform des fokussierten Ionenstrahls ist somit mit einem in der Schrift US-A-4761559 offenbarten Strahlanzeigeverfahren nicht erhältlich.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ionenstrahl- Analyseverfahren zu bilden, bei dem ein auf einer Anzeigeeinrichtung reflektiertes Abtastbild und das Profil eines Ionenstrahls sogleich miteinander übereinstimmend gemacht werden können, um eine gute Funktionsfähigkeit sicherzustellen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein Ionenstrahl-Analyseverfahren zum Aussenden eines Ionenstrahls auf ein Prüfstück gebildet, um einen kleinen Bereich des Prüfstücks zu analysieren, mit den Schritten: Erzeugen von Ionen von einer Ionenquelle; Beschleunigen der erzeugten Ionen unter Verwendung eines Ionenbeschleunigers, um einen Ionenstrahl zu bilden; Unterbringen eines zu analysierenden Prüfstücks in einer Vakuumkammer, die einen Sekundärelektronen- Detektor umfaßt; Ändern der Größe eines Schlitzes einer Schlitzeinrichtung in x- und y-Richtungen von zwei senkrechten Achsen, um den Ionenstrahl unter Verwendung eines zwischen dem Ionenbeschleuniger und der Vakuumkammer angeordneten Objektivkollimators zu begrenzen; Konvergieren und Aussenden des Ionenstrahls auf das Prüfstück in der Vakuumkammer, um einen Strahlfleck auf dem Prüfstück unter Verwendung einer zwischen dem Ionenbeschleuniger und der Vakuumkammer angeordneten magnetischen Linse zu bilden; Abtasten des Ionenstrahls auf dem Prüfstück, wenn ein Hochfrequenzpotential daran angelegt oder ein Hochfrequenzstrom dazu geführt wird, unter Verwendung einer zwischen dem Ionenbeschleuniger und der Vakuumkammer angeordneten Ablenkelektrodeneinrichtung; gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: Anzeigen der Position des Strahlflecks und eines durch den Sekundärelektronen-Detektor erfaßten Erfassungssignals in Synchronisation mit der Ablenkelektrodeneinrichtung als ein Sekundärelektronenbild unter Verwendung einer Anzeigeeinrichtung; Berechnen der Abmessungen des Strahlflecks in Übereinstimmung mit Größendaten von dem Schlitz der Schlitzeinrichtung unter Verwendung einer Berechnungseinrichtung; und Anzeigen eines Bildes in Übereinstimmung mit den somit berechneten Abmessungen.
• Bei dem Ionenstrahl-Analyseverfahren wird ein Ionenstrahl durch den Schlitz der Schlitzeinrichtung des Objektivkollimators, der durch den Objektivkollimator vergrößert oder verkleinert wird, begrenzt und die Größe des Schlitzes der Schlitzeinrichtung wird herausgefunden. Dann werden die Abmessungen eines Flecks eines Ionenstrahls, der durch die magnetische Linse konvergiert und auf ein Prüfstück in der Vakuumkammer ausgesendet wird, in Übereinstimmung mit den Größendaten des Schlitzes der Schlitzeinrichtung, die von einer Abmessung einer optischen Anordnung abhängen, durch die Berechnungseinrichtung berechnet. Ein Ergebnis der Berechnung der Abmessungen wird als ein Bild des Flecks des Ionenstrahls auf der Anzeigeeinrichtung angezeigt.
• Folglich kann bei dem Ionenstrahl-Analyseverfahren ein Ionen- Strahlfleck über die Anzeigeeinrichtung visuell ergriffen werden, und als ein Ergebnis können das Abtastbild und das Profil des Ionenstrahlflecks sogleich miteinander übereinstimmend gemacht werden. Demgemäß ist bei dem Ionenstrahl-Analyseverfahren eine gute Funktionsfähigkeit sichergestellt und die Wirksamkeit bei einem Analysevorgang eines Prüfstücks wird deutlich erhöht.
• Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den anhängenden Patentansprüchen in Verbindung mit der Zeichnung, bei der gleiche Teile oder Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, offensichtlich werden. Es zeigen:
• Figur 1a eine schematische Ansicht einer gesamten Ionenstrahl- Analyseeinrichtung in Übereinstimmung mit einem zum Ausführen des Verfahrens angepaßten ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und Figur 1b ein Schaubild mit dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre der Ionenstrahl- Analyseeinrichtung aus Figur 1a;
• Figur 2 eine perspektivische Ansicht mit einem Teil der in Figur 1a mit A bezeichneten Ionenstrahl-Analyseeinrichtung;
• Figur 3 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung von aufeinanderfolgenden Betriebsschritten der Ionenstrahl-Analyseeinrichtung aus Figur 1a, in Übereinstimmung mit dem Ionenstrahl- Analyseverfahren, bezüglich einer Öffnungs- oder Schließbewegung eines Schlitzelementes eines Objektivkollimators zum Eingeben in eine Bildeinrichtung;
• Figur 4 eine schematische Ansicht mit einem grundlegenden Abschnitt einer Ionenstrahl-Analyseeinrichtung in Übereinstimmung mit einem zum Ausführen des Verfahrens angepaßten zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
• Figur 5a eine schematische Ansicht mit einer gesamten Ionenstrahl-Analyseeinrichtung in Übereinstimmung mit einem zum Ausführen des Verfahrens angepaßten dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und Figur 5b ein Schaubild mit dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre der Ionenstrahl-Analyseeinrichtung aus Figur 5a;
• Figur 6 eine schematische Ansicht einer beispielhaften herkömmlichen Ionenstrahl-Analyseeinrichtung; und
• Figur 7 eine schematische Ansicht einer weiteren beispielhaften herkömmlichen Ionenstrahl-Analyseeinrichtung.
• In Bezug auf Figur 1a ist eine Ionenstrahl-Analyseeinrichtung in Übereinstimmung mit einem zum Ausführen des Verfahrens angepaßten ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Ionenstrahl-Analyseeinrichtung ist allgemein mit Bezugszeichen 1 bezeichnet und umfaßt eine in einem Ionenbeschleuniger 2 angeordnete Ionenquelle 3. Ein Hochenergie- Ionenstrahl 5 wird von der Ionenquelle 3 des Ionenbeschleunigers 2 erzeugt und durch eine Beschleunigerröhre 4, die der Ionenbeschleuniger 2 besitzt, beschleunigt. Der somit beschleunigte Hochenergie-Ionenstrahl 5 wird dann durch einen Objektivkollimator 7 auf mehrere zehn Mikrometer im Durchmesser begrenzt und in einen Massentrenner 6 von der Wien(E x B)-Art mit einem gut bekannten Aufbau eingeführt. Während der Ionenstrahl 5 den Massentrenner 6 durchquert, wird er nach Ionenart und Energie klassifiziert. Dann wird der Ionenstrahl 5 mittels Ablenkelektroden 12 abgelenkt und in zwei oder drei Reihen von magnetischen Vierpollinsen 8 eingeführt. Während der Ionenstrahl 5 die magnetischen Vierpollinsen 8 durchquert, wird er bei vorbestimmten Verkleinerungsverhältnisse (Konstanten), die von den magnetischen Vierpollinsen 8 abhängen, in den X- und Y-Richtungen konvergiert und auf ein in einer Vakuumkammer 9 untergebrachtes Target 10, d.h., auf ein Prüfstück auf dem Target 10, gesendet, sodaß er auf dem Prüfstück einen Strahlfleck bildet.
• Folglich werden Ionen, Elektronen, Photonen und so weiter gestreut und durch eine Wechselwirkung des einfallenden Ionenstrahls 5 mit dem Target 10 von dem Prüfstück abgegeben. Diese Teilchen werden mittels eines Detektors 11 und eines in der Vakuumkammer 9 gebildeten Sekundärelektronen-Detektors 13 erfaßt, und ein durch den Sekundärelektronen-Detektor 13 erfaßter Erfassungswert wird in eine Bildeinrichtung 14 mit einem wie nachstehend beschriebenen Aufbau eingegeben. Genauer gesagt, die Bildeinrichtung 14 umfaßt einen Strahlpositionseinsteller 14a, und eine Recheneinheit 15 und eine Objektivkollimator- Steuereinheit 16, die im folgenden einzeln beschrieben werden und beide zwischen dem Strahlpositionseinsteller 14a und Motoren 7m angeordnet sind. Die Motoren 7m sind zum Vergrößern oder Verkleinern der Abmessungen von Schlitzen in den X- und Y- Richtungen des Objektivkollimators 7, der einen wie nachstehend beschriebenen Aufbau besitzt, jeweils zwischen einer minimalen Schlitzabmessung Null und einer vorbestimmten Abmessung gebildet.
• Die Mechanismen zum Bewegen des Objektivkollimators 7 in den X- und Y-Richtungen besitzen zueinander ähnliche Aufbauten, wie aus Figur 2 gut zu sehen, und deshalb wird der Mechanismus zum Bewegen des Objektivkollimators 7 als ein Beispiel beschrieben. In Bezug auf Figur 2 umfaßt der Objektivkollimator 7 eine Grundplatte 7a, und einen Schlitzelement-Auflagetisch 7b, der auf der Grundplatte 7a gebildet ist und einen oberen Aufnahmetisch 7c und einen unteren Aufnahmetisch 7d, die horizontal in einer vertikal beabstandeten Beziehung auf einer gleichen Seitenfläche des Schlitzelement-Auflagetisch 7b angeordnet sind, besitzt. Die Grundplatte 7a und die oberen und unteren Aufnahmetische 7c und 7d besitzen in einer koaxialen Beziehung gebildete Durchgangslöcher. Ein Motor 7m in der Form eines Umkehrmotors ist auf dem Aufnahmetisch 7c montiert und eine Ausgangsleistungswelle des Motors 7m erstreckt sich durch das Durchgangsloch im oberen Aufnahmetisch 7c. Eine Kugelumlaufspindel 7e ist mit einem Ende der Ausgangswelle des Motors 7m verbunden, und ein Endabschnitt der Kugelumlaufspindel 7e ist über ein Verbindungselement 7f mit einem oberen Ende eines Schlitzsteuerstabs 7g verbunden. Das Verbindungselement 7f ist im Durchgangsloch des unteren Aufnahmetisches 7d eingepaßt und wird durch die Kugelumlaufspindel 7e, die durch Drehung des Motors 7m gedreht wird, im Durchgangsloch verschiebbar bewegt. Der Schlitzsteuerstab 7g erstreckt sich durch den unteren Aufnahmetisch 7d und besitzt ein L-förmiges Schlitzelement 7h, das an einem unteren Ende des Schlitzsteuerstabs 7g fest montiert ist. Folglich wird der Schlitzsteuerstab 7g durch eine Schiebebewegung des Verbindungselements 7f, die durch Drehung der Kugelumlaufspindel 7e verursacht wird, verschiebbar bewegt, woraufhin das Schlitzelement 7h in vorbestimmten Richtungen vor und zurück bewegt wird, um die Abmessung des Schlitzes des Objektivkollimators 7 zu vergrößern oder zu verkleinern.
• Ein weiteres Schlitzelement 7h für die Y-Richtung ist in einer entgegengesetzten Beziehung unter dem Schlitzelement 7h gebildet, und ein Schlitz ist zwischen Enden von vertikalen Abschnitten der Schlitzelemente 7h gebildet. Die Schlitzelemente 7h werden gleichzeitig zueinander hin und voneinander weg bewegt, um die Abmessung des Schlitzes zwischen Null und dem vorbestimmten Wert zu ändern. Unterdessen besitzen, wie vorstehend beschrieben, die Schlitzelemente 7h für die X-Richtung den gleichen Aufbau wie die vorstehend beschriebenen Schlitzelemente 7h für die Y-Richtung, außer daß sie in den horizontalen Richtungen bewegt werden, um die Abmessungen eines zwischen ihnen gebildeten Schlitzes zu ändern, während die Schlitzelemente 7h für die Y- Richtung in den vertikalen Richtungen bewegt werden.
• Ein Block 7j ist auf einer Vorderseite von jedem der Schlitzelemente 7h entfernt von dem Schlitzsteuerstab 7g für das Schlitzelement 7h fest montiert und erstreckt sich senkrecht zur Fortbewegungsrichtung des Ionenstrahls 5. Ein Molybdänstab 7k mit dem Durchmesser von zehn Millimeter und der Länge von zehn Millimeter ist in jedem der Blöcke 7j eingebettet. Die Molybdänstäbe 7k sind in einer beabstandeten Beziehung in einem Abstand gleich dem Abstand zwischen den Schlitzelementen 7h angeordnet und dienen als ein Schlitzabmessungs-Erfassungsabschnitt 7i.
• Demgemäß wird der Abstand zwischen den Schlitzelementen 7h, kurz, die Schlitzabmessung, aus dem Abstand zwischen den Molybdänstäben 7k erfaßt. Die zwischen dem Strahlpositionseinsteller 14a und den Motoren 7m angeordnete Objektivkollimator- Steuereinheit 16 erfaßt die Schlitzabmessung A in der X-Richtung und die Schlitzabmessung B in der Y-Richtung, die zwischen den Schlitzelementen 7h gebildet sind, wenn sie durch die Motoren 7m zum Bewegen angetrieben werden, und gibt die somit erfaßten Abmessungen A und B an die Recheneinheit 15 aus.
• Die Recheneinheit 15 berechnet tatsächliche Abmessungen X' und Y' eines auf dem Target 10 gebildeten Strahlflecks aus einem Verkleinerungsverhältnis fx in der X-Richtung und einem weiteren Verkleinerungsverhältnis fy in der Y-Richtung des Ionenstrahls 5 durch die magnetischen Vierpollinsen 8. Die Recheneinheit 15 vergrößert die somit berechneten Werte X' und Y' bei einem vorbestimmten Verhältnis und gibt resultierende Werte der Vergrößerung an den Strahlpositionseinsteller 14a und ebenfalls an eine Kathodenstrahlröhre (CRT) 14g aus, sodaß die Ausgabewerte auf der Kathodenstrahlröhre 14 angezeigt werden können. Nebenbei sei bemerkt, obgleich die tatsächlichen Abmessungen X' und Y' von auf dem Prüfstück auf dem Target 10 gebildeten Strahlflecken durch X' = A * fx bzw. Y' = B * fy dargestellt sind, sind es in Wirklichkeit sehr kleine Abmessungen. Wie in Figur 3 veranschaulicht, wird deshalb der Wert X' mit einem Wert multipliziert, der durch Teilung der Bedingung Cx der Bildeinrichtung 14 durch die aktuelle Abtastbreite Sx der Ablenkelektroden 12 erhalten wird, während der Wert Y' mit einem Wert multipliziert wird, der durch Teilung der Bedingung Cy der Bildeinrichtung 14 durch die aktuelle Abtastbreite Sy der Ablenkelektroden 12 erhalten wird, um X'' = A * fx(Cx/Sx) bzw. Y'' = B * fy(Cy/Sy) zu berechnen, und ein Bild mit den somit vergrößerten Abmessungen X'' und Y'' wird als eine Strahlfleckmarke T auf der Kathodenstrahlröhre 14g der Bildeinrichtung 14 angezeigt, wie in Figur 1b gezeigt.
• Nachfolgend wird das Eingabeverfahren vom Objektivkollimator 7 zur Kathodenstrahlröhre 14g der Bildeinrichtung 14 mit Bezug auf Figur 3 beschrieben.
• Beim ersten Schritt wird die Objektivkollimator-Steuereinheit 16 manuell bedient, um die Motoren 7m zu aktivieren, sodaß die Schlitzelemente 7h für die X- und Y-Richtungen des Objektivkollimators 7 über die Kugelumlaufspindeln 7e, Verbindungselemente 7f und Schlitzsteuerstäbe 7g bewegt werden.
• Beim zweiten Schritt wird die Schlitzabmessung A in der X- Richtung und die Schlitzabmessung B in der Y-Richtung der Schlitzelemente 7h vom Schlitzabstand Null (geschlossene Schlitzbedingung) durch die Schlitzabmessungs-Erfassungsabschnitte 7i, die für die Schlitzelemente 7h für die X- bzw. Y- Richtungen gebildet sind, erfaßt.
• Beim dritten Schritt werden die somit erfaßten Schlitzabstände A und B mit dem Verkleinerungsverhältnis fx für die X-Richtung bzw. mit dem Verkleinerungsverhältnis fy für die Y-Richtung der magnetischen Vierpollinsen 8 multipliziert, um tatsächliche Durchmesser eines auf der Oberfläche des Prüfstücks auf dem Target 10 gebildeten Flecks des Ionenstrahls 5, d.h., X' = A * fx und Y' = B * fy, mittels der Recheneinheit 15 zu berechnen.
• Beim vierten Schritt werden Bedingungen der Bildeinrichtung 14, d.h., Abmessungen (Konstanten) Cx und Cy des Bildschirms der Kathodenstrahlröhre 14g, ausgewählt und die aktuellen Abtastbreiten Sx und Sy der Ablenkelektroden 12 in den X- und Y-Richtungen werden durch die Recheneinheit 15 ausgewählt.
• Beim fünften Schritt werden vergrößerte Abmessungen der Schlitzabmessungen A und B, die bei einem vorbestimmten Verhältnis vergrößert werden und gegeben sind durch X'' = A * fx * (Cx/Sx) bzw. Y'' = B * fy * (Cy/Sy), durch die Recheneinheit 15 berechnet, und ein Bild der vergrößerten Abmessungen wird als eine greifbare Strahlfleckmarke T auf der Kathodenstrahlröhre 14g der Bildeinrichtung 14 angezeigt, wie in Figur 1b gezeigt.
• Genauer gesagt, die Motoren 7m werden durch die Objektivkollimator-Steuereinheit 16 angetrieben und die Schlitzabmessungen A und B von den jeweiligen Schlitzabständen Null (geschlossene Bedingungen) werden durch die Schlitzabstands-Erfassungsabschnitte 7i berechnet. Dann werden die Schlitzabmessungen A und B mit den Verkleinerungsverhältnissen der magnetischen Vierpollinsen 8, die von einer Abmessung einer optischen Anordnung abhängen, durch die Recheneinheit 15 multipliziert und als Abmessungen von konvergierten Strahlen auf dem Target 10 in den Strahlpositionseinsteller 14 eingegeben. Eine Zeitablenkeinrichtung 14e zum Durchführen einer Abtastung eines Strahls zur Beobachtung eines Sekundärelektronenbildes des auf dem Target 10 gebildeten Prüfstücks zeigt auf der Kathodenstrahlröhre 14g ein vergrößertes Bild der Oberfläche des Prüfstücks als ein Sekundärelektronenbild an, das mit einem Multiplikationsfaktor, der von der Abtastbreite und der Abmessung eines auf der Kathodenstrahlröhre 14g anzuzeigenden Bildes abhängt, multipliziert wird. Weiter wird zusätzlich zur eingestellten Strahlposition eine Strahlfleckmarke T mit einem rechteckigen Profil, bei der die Abmessungen in den X- und Y-Richtungen des auf dem Target 10 konvergierten Ionenstrahls 5 als X'' * Y'' dargestellt werden, auf dem Sekundärelektronenbild der Kathodenstrahlröhre 14g angeordnet, wie in Figur 1b gezeigt.
• Nachfolgend wird ein Bediener den manuell bedienbaren Mechanismus des Strahlpositionseinstellers 14a manuell bedienen, um die Strahlfleckmarke T mit den eingestellten Schlitzabmessungen und der Ionenstrahl-Positionsinformation aufwärts oder abwärts und links oder rechts auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 14g zu bewegen, um die Strahlfleckmarke T auf eine Position einzustellen, bei der der Bediener ein Sekundärelektronenbild messen will. Wenn zum Beispiel das Profil eines zu messenden Abschnitts des Prüfstücks in der Größenordnung von Mikrometer nicht mit dem Profil und den Abmessungen des Ionenstrahls übereinstimmt, dann wird somit der Objektivkollimator 7 durch die Objektivkollimator-Steuereinheit 16 betätigt, um die Schlitzabmessungen A und B zu ändern, und daraufhin werden die X- und Y-Abmessungen der auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre 14g angezeigten Strahlfleckmarke T automatisch geändert. Deshalb kann die Strahlfleckmarke T sogleich bei dem Profil des Prüfstücks positioniert werden. Wenn das Profil des Strahlflecks in dieser Weise eingestellt wird, kann es weiter auf den maximalen Bereich des zu messenden Abschnitts des Prüfstücks eingestellt werden, und die Strahlungsmenge des Ionenstrahls wird insgesamt erhöht. Als Ergebnis besteht der Vorteil, daß die Zeit zur Analyse eines Prüfstücks verringert und die Wirksamkeit des Analysevorgangs verbessert wird.
• Eine Ionenstrahl-Analyseeinrichtung in Übereinstimmung mit einem zum Ausführen des Verfahrens angepaßten zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf Figur 4, in der nur ein Teil der Ionenstrahl- Analyseeinrichtung gezeigt ist, beschrieben. Die Ionenstrahl- Analyseeinrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist eine Abwandlung zu und darin grundlegend verschieden von der vorstehend beschriebenen Ionenstrahl-Analyseeinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels, daß die Ablenkelektroden 12 an verschiedenen Stellen angeordnet sind, wie aus den Figuren 1a und 4 gesehen werden kann. Genauer gesagt, die Ablenkelektroden 12 sind zwischen den magnetischen Vierpollinsen 8 und der Vakuumkammer 9 in ähnlicher Weise wie bei der hierin vorstehend mit Bezug auf Figur 7 beschriebenen herkömmlichen Ionenstrahl-Analyseeinrichtung angeordnet. Da die Ionenstrahl-Analyseeinrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit Ausnahme der Stellen der Ablenkelektroden 12 den gleichen Aufbau wie die Ionenstrahl- Analyseeinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels besitzt, weist sie ähnliche Vorteile wie diejenigen der Ionenstrahl- Analyseeinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels auf.
• Eine zum Ausführen des Verfahrens angepaßte Ionenstrahl- Analyseeinrichtung in Übereinstimmung mit einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren 5a und 5b beschrieben. Die Ionenstrahl-Analyseeinrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist ebenfalls eine Abwandlung der Ionenstrahl- Analyseeinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels, aber ist nur darin verschieden, daß sie anstelle des Massentrenners 6 von der Wien(E x B)-Art zum Trennen eines Ionenstrahls 5 nach Ionenart und Energie einen Ablenkanalyseelektromagneten 6, der zwischen dem Ionenbeschleuniger 2 und dem Objektivkollimator 7 angeordnet ist, umfaßt.
• Demzufolge wird ein von der Ionenquelle 3 des Ionenbeschleunigers 2 erzeugter und durch die Beschleunigerröhre 4 des Ionenbeschleunigers 2 beschleunigter Hochenergie-Ionenstrahl 5 in einem Winkel von normalerweise 15 Grad abgelenkt, während er den Ablenkanalyseelektromagnet 6 durchquert, sodaß er nach Ionenart und Energie klassifiziert wird. Nachfolgend wird der Hochenergie-Ionenstrahl 5 durch den Objektivkollimator 7 in einen Mikrostrahl begrenzt und durchquert dann einen Driftzwischenraum von mehreren Metern und die Ablenkelektroden 12. Wenn der Hochenergie-Ionenstrahl 5 die nachfolgenden magnetischen Vierpollinsen 8 durchquert, dann wird er bei vorbestimmten Verkleinerungsverhältnissen, die von den magnetischen Vierpollinsen 8 abhängen, in den X- und Y-Richtungen konvergiert, und dann auf das in der Vakuumkammer 9 untergebrachte Target 10 gesendet, sodaß er einen Fleck auf dem Target 10 bildet.
• Dann werden vergrößerte Abmessungen der Schlitzabmessungen A und B, die bei vorbestimmten Verhältnissen vergrößert werden und gegeben sind durchg X'' = A * fx * (Cx/Sx) und Y'' = B * fy * (Cy/Sy), über die ersten bis fünften Schritte, die hierin vorstehend mit Bezug auf Figur 3 beschrieben sind, durch die Recheneinheit 15 berechnet. Ein Bild der vergrößerten Abmessungen wird als eine greifbare Strahlfleckmarke T auf der Kathodenstrahlröhre 14g der Bildeinrichtung 14 angezeigt. Demgemäß weist die Ionenstrahl-Analyseeinrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ähnliche Vorteile wie diejenigen der hierin vorstehend beschriebenen Ionenstrahl-Analyseeinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels auf.
• Während bei der Ionenstrahl-Analyseeinrichtung des dritten Ausführungsbeispiels die Ablenkelektroden 12 in ähnlicher Weise wie bei der Ionenstrahl-Analyseeinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels zwischen dem Objektivkollimator 7 und den magnetischen Vierpollinsen 8 angeordnet sind, ist zu beachten, daß die Ablenkelektroden 12 andernfalls in einer ähnlichen Weise wie bei der hierin vorstehend mit Bezug auf Figur 7 beschriebenen herkömmlichen Ionenstrahl-Analyseeinrichtung zwischen den magnetischen Vierpollinsen 8 und der Vakuumkammer 9 angeordnet sein können.
• Da die Erfindung nun vollständig beschrieben worden ist, wird es den Fachleuten offensichtlich sein, daß dazu viele Änderungen und Abwandlungen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der hierin bekanntgemachten Erfindung zu verlassen.

Claims (4)

1. Ionenstrahl-Analyseverfahren zum Aussenden eines Ionenstrahls auf ein Prüfstück, um einen kleinen Bereich des Prüfstücks zu analysieren, mit den Schritten:

Erzeugen von Ionen von einer Ionenquelle (3);

Beschleunigen der erzeugten Ionen unter Verwendung eines Ionenbeschleunigers (2, 4), um einen Ionenstrahl (5) zu bilden;

Unterbringen eines zu analysierenden Prüfstücks (10) in einer Vakuumkammer (9), die einen Sekundärelektronen-Detektor (13) umfaßt;

Ändern der Größe eines Schlitzes einer Schlitzeinrichtung (7) in x- und y-Richtungen von zwei senkrechten Achsen, um den Ionenstrahl (5) unter Verwendung eines zwischen dem Ionenbeschleuniger (2, 4) und der Vakuumkammer (9) angeordneten Objektivkollimators (7) zu begrenzen;

Konvergieren und Aussenden des Ionenstrahls (5) auf das Prüfstück (10) in der Vakuumkammer (9), um einen Strahlfleck auf dem Prüfstück (10) unter Verwendung einer zwischen dem Ionenbeschleuniger (2, 4) und der Vakuumkammer (9) angeordneten magnetischen Linse (8) zu bilden;

Abtasten des Ionenstrahls (5) auf dem Prüfstück, wenn ein Hochfrequenzpotential daran angelegt oder ein Hochfrequenzstrom dazu geführt wird, unter Verwendung einer zwischen dem Ionenbeschleuniger (2, 4) und der Vakuumkammer (9) angeordneten Ablenkelektrodeneinrichtung (12);

gekennzeichnet durch die weiteren Schritte

Anzeigen der Position des Strahlflecks und eines durch den Sekundärelektronen-Detektor (13) erfaßten Erfassungssignals in Synchronisation mit der Ablenkelektrodeneinrichtung (12) als ein Sekundärelektronenbild unter Verwendung einer Anzeigeeinrichtung (14);

Berechnen der Abmessungen des Strahlflecks in Übereinstimmung mit Größendaten von dem Schlitz der Schlitzeinrichtung (7) unter Verwendung einer Berechnungseinrichtung (15); und

Anzeigen eines Bildes in Übereinstimmung mit den somit berechneten Abmessungen.

2. Ionenstrahl-Analyseverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt zum Anzeigen der Größendaten von dem Schlitz der Schlitzeinrichtung unter Verwendung der Anzeigeeinrichtung (14).

3. Ionenstrahl-Analyseverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen X und Y des Strahlflecks in den x- und y- Richtungen unter Verwendung der Berechnungseinrichtung (15) in Übereinstimmung mit den folgenden Gleichungen berechnet werden:

X = A * fx

Y = B * fy

wobei A die Abmessung des Schlitzes der Schlitzeinrichtung (7) in der x-Richtung, B die Abmessung des Schlitzes der Schlitzeinrichtung (7) in der y-Richtung, fx ein Verkleinerungsverhältnis in der x-Richtung des Ionenstrahls durch die magnetische Linse (8), und fy ein Verkleinerungsverhältnis in der y-Richtung des Ionenstrahls durch die magnetische Linse (8) ist.

4. Ionenstrahl-Analyseverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen X und Y, bei denen der Strahlfleck auf der Anzeigeeinrichtung (14) in den x- und y-Richtungen anzuzeigen ist, in Übereinstimmung mit den folgenden Gleichungen berechnet werden:

X = A * fx * Cx/Sx

Y = B * fy * Cy/Sy

wobei A die Abmessung des Schlitzes der Schlitzeinrichtung (7) in der x-Richtung, B die Abmessung des Schlitzes der Schlitzeinrichtung (7) in der y-Richtung, fx ein Verkleinerungsverhältnis in der x-Richtung des Ionenstrahls durch die magnetische Linse (8), fy ein Verkleinerungsverhältnis in der y-Richtung des Ionenstrahls durch die magnetische Linse (8), Cx die Abmessung des Bildschirms der Anzeigeeinrichtung (14) in der x-Richtung, Cy die Abmessung des Bildschirms der Anzeigeeinrichtung (14) in der y-Richtung, Sx die Abtastbreite in der x-Richtung durch die Ablenkelektrodeneinrichtung (12), und Sy die Abtastbreite in der y-Richtung durch die Ablenkelektrodeneinrichtung (12) ist.