DE112015005875B4

DE112015005875B4 - Maskenpositionseinstellverfahren zum ionenfräsen, elektronenmikroskop zum einstellen der maskenposition, auf probenbühne montierte maskeneinstellvorrichtung und probenmaskenkomponente einer ionenfräsvorrichtung

Info

Publication number: DE112015005875B4
Application number: DE112015005875.3T
Authority: DE
Inventors: Toru Iwaya; Hisayuki Takasu; Sakae Koubori; Atsushi Kamino; Kento Horinouchi
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2015-01-30
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2021-03-18
Anticipated expiration: 2035-01-31
Also published as: WO2016121080A1; DE112015005875T5; US20180277335A1; US10269534B2; JPWO2016121080A1; JP6427601B2

Abstract

Maskenpositionseinstellverfahren zum lonenfräsen, umfassend die folgenden Schritte:Installieren einer Probenmaskenkomponente (21), mit der eine Lagebeziehung zwischen einer Probe (3) und einer Maske (2) eingestellt werden kann, auf eine Probenbühne (8) eines Elektronenmikroskops;Verbinden einer Maskenpositionseinstelleinheit (26) der Probenmaskenkomponente mit einer R-Achse der Probenbühne derart, dass die Position der Maske durch den R-Achsen-Antrieb eingestellt wird; undAntreiben der R-Achse, um die Position der Maske einzustellen, während die Beobachtung mit dem Elektronenmikroskop durchgeführt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ionenfräsvorrichtung zur Herstellung einer Probe zur Beobachtung durch ein Rasterelektronenmikroskop (REM), ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) oder dergleichen.
Stand der Technik
Die Ionenfräsvorrichtung ist eine Vorrichtung zum Polieren von Oberflächen oder Querschnitten aus Metall, Glas, Keramik usw. durch Bestrahlen dieser Materialien z.B. mit einem Argonionenstrahl, die zur Vorbehandlung von Probenoberflächen und -querschnitten, die durch ein Elektronenmikroskop wie ein REM oder TEM beobachtet werden sollen, gut geeignet ist.
Bei der Beobachtung von Probenquerschnitten durch ein Elektronenmikroskop wird, nachdem ein Abschnitt hinter dem zu beobachtenden Abschnitt zum Beispiel mit einem Diamantschleifer oder einer Säge abgeschnitten wurde, herkömmlich eine Schnittfläche mechanisch poliert und auf eine Probenbühne für das Elektronenmikroskop angeordnet, um ein Bild zu beobachten.
Beim mechanischen Polieren liegt ein Problem vor, dass bei weichen Proben zum Beispiel aus Polymermaterialien oder Aluminium die zu beobachtende Oberfläche verformt wird oder von Abrasivpartikeln tiefe Kratzer hinterlassen werden. Es liegt auch ein Problem vor, dass das Polieren harter Proben zum Beispiel aus Glas und Keramik schwierig ist. Außerdem liegt ein Problem vor, dass die Querschnittsbearbeitung von Verbundmaterialien aus geschichteten weichen und harten Materialien äußerst schwierig ist.
Demgegenüber ist eine Ionenfräsvorrichtung in der Lage, selbst weiche Materialien ohne Verformung der Oberfläche zu bearbeiten sowie harte Materialien und Verbundmaterialien zu polieren, weshalb ein Vorteil vorliegt, dass es leicht möglich ist, spiegelglatte Querschnitte zu erhalten.
Ein Verfahren zur Herstellung von Proben in solch einer Ionenfräsvorrichtung wird Querschnittsfräsen genannt.
Beim Querschnittsfräsen wird ein Teil des Ionenstrahls durch eine Maske (Abschirmplatte) blockiert, die über der Probe angeordnet ist, und ein Querschnitt der Probe wird entlang einer Kammlinie (Endfläche) der Maske gesputtert, wodurch ein entlang der Maske verlaufender Probenquerschnitt erhalten werden kann.
Vor der Bestrahlung mit dem Ionenstrahl zur Durchführung des Querschnittsfräsens ist es notwendig, die Position der Kammlinie der Maske auf eine Sollbearbeitungs-position einzustellen. In der internationalen Patentschrift WO 2012 / 060 416 A (Patentliteratur 1) wird ein Fall offenbart, in welchem die Einstellung der Maskenposition in Bezug auf die Probe mit einem optischen Mikroskop durchgeführt wird.
Ferner wird in JP 2011 - 249 246 A (Patentliteratur 2) ein Fall offenbart, in welchem ein Motor, eine Batterie und ein Infrarotsensor in einem Maskenpositionseinstellmechanismus vorgesehen sind, und der in einem Elektronenmikroskop angeordnete Maskenpositionseinstellmechanismus über eine in der Proben-kammer vorgesehene Infrarotlampe betrieben wird.
Liste der Bezugsliteratur
Patentliteratur

Patentliteratur 1: WO 2012/060416 A
Patentliteratur 2: JP 2011-249246 A

Weitere Vorrichtungen zum Ionenstrahl-Ätzen, die mit der Erfindung in Verbindung stehen, sich aber in der Anordnung der Probenmaskenkomponente von der Erfindung unterscheiden, sind in den Druckschriften US 2002/0 170 675 A1 , US 2007/0 125 958 A1 , US 2008/0 202 920 A1 , US 2011/0 226 947 A1 , US 2012/0 080 406 A1 und US 2012/0 298 884 A1 offenbart.
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Als Ergebnis gründlicher Studien der Erfinder bezüglich der Maskenpositionseinstellung zum Querschnittsfräsen mit hoher Genauigkeit und mit einfacher Struktur wurden die folgenden Kenntnisse gewonnen.
Da die Größe der Bearbeitungsgegenstände, die einem Querschnittsfräsen zu unterziehen sind, abgenommen hat, ist die in Patentliteratur 1 beschriebene Maskenpositionseinstellung mit dem optischen Mikroskop schwierig geworden.
Es ist wünschenswert, für die Maskeneinstellung ein Elektronenmikroskop zu verwenden, das eine höhere Auflösung als ein optisches Mikroskop aufweist, da in einem Elektronenmikroskop jedoch keine Stromversorgung für die Batterie vorhanden ist, macht die in Patentliteratur 2 beschriebene Vorrichtung einen zusätzlichen Ladevorgang erforderlich. Selbst, wenn Solarzellen verwendet werden, die aus Infrarot-strahlung Strom erzeugen, und die Batterie durch Bestrahlung mit Infrarotstrahlung aufgeladen wird, wird zum Laden der Batterie sowie zur Steuerung des Motors eine große Menge an Infrarotstrahlung benötigt, was ein Wärmeerzeugungsproblem verursacht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Einstellung einer Maskenposition mit hoher Genauigkeit, während die Beobachtung durch ein Elektronenmikroskop durchgeführt wird, ohne eine Wärmequelle im Elektronenmikroskop zu erfordern.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung betrifft die Einstellung der Maskenposition durch Antrieb einer R-Achse (Rotationsachse) eines Elektronenmikroskops.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Eine R-Achse ist standardmäßig in der Probenkammer eines Elektronenmikroskops vorhanden und ermöglicht eine Steuerung mit hoher Genauigkeit. Der R-Achsen-Antrieb einer Probenbühne kann durch Rasterdrehung ersetzt werden, wodurch die Maskenposition der vorliegenden Erfindung gemäß mit hoher Genauigkeit eingestellt werden kann, während die Beobachtung mit dem Elektronenmikroskop durchgeführt wird.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Ionenfräsvorrichtung, mit der sowohl eine Querschnittsfräsbearbeitung als auch eine Flachfräsbearbeitung durchgeführt werden kann.
[2] 2 ist eine schematische Draufsicht der Ionenfräsvorrichtung, mit der sowohl die Querschnittsfräsbearbeitung als auch die Flachfräsbearbeitung durchgeführt werden kann.
[3] 3 ist eine Ansicht, die eine Struktur zum Drehen und Neigen eines Drehkörpers 9 und eine Struktur eines Probenbühnen-Ausziehmechanismus zeigt.
[4] 4 ist eine Ansicht, die eine Struktur zum Drehen und Neigen des Drehkörpers 9 und eine Struktur eines Probenbühnen-Ausziehmechanismus gemäß einem Modifikationsbeispiel zeigt.
[5] 5 ist eine Strukturansicht eines Probenbühnen-Ausziehmechanismus 60.
[6] 6 ist eine Strukturansicht, die einen Hauptkörper einer Probenmaskeneinheit 21 zeigt.
[7] 7 ist eine Strukturansicht, die einen Probenhalter 23 und einen Probenhalter-Drehring 22 zeigt.
[8] 8 ist eine Strukturansicht der Probenmaskeneinheit 21 gemäß einem Modifikationsbeispiel.
[9] 9 ist eine Strukturansicht der Probenmaskeneinheit 21 gemäß einem Modifikationsbeispiel.
[10] 10 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Zustand zeigt, bevor ein in der Probenmaskeneinheit 21 installierter Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 auf einer feststehenden Bühne 42 angebracht wurde, oder einen Zustand, nachdem der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 von der feststehenden Bühne 42 abgenommen wurde.
[11] 11 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Zustand zeigt, in welchem der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 auf der feststehenden Bühne 42 angebracht ist.
[12] 12 ist eine erläuternde Ansicht eines Verfahrens, um einen Abschnitt eines Querschnitts einer Probe 3, der poliert werden soll, mit einem Ionenstrahlzentrum 98 auszurichten.
[13] 13 ist eine erläuternde Ansicht eines Verfahrens, um den Querschnitt der Probe 3 parallel zur Maske 2 anzuordnen.
[14] 14 ist eine erläuternde Ansicht eines Modifikationsbeispiels des Verfahrens zum Installieren des Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 an ein optisches Mikroskop 40.
[15] 15 ist eine erläuternde Ansicht eines Einstellverfahrens mit dem optischen Mikroskop vor der Feineinstellung durch ein Elektronenmikroskop.
[16] 16 ist eine erläuternde Prinzip-Ansicht eines Elektronenmikroskops.
[17] 17 ist eine schematische Draufsicht einer Probenbühne des Elektronenmikroskops.
[18] 18 ist eine schematische Draufsicht einer Maskeneinstelleinheitsbasis 116, die auf der Probenbühne installiert ist.
[19] 19 ist eine schematische Draufsicht des auf der Maskeneinstelleinheitsbasis 116 (Probenbühne) montierten Probenmasken-Mikrobewegungsmechanismus 4.
[20] 20 ist eine schematische Seitenansicht des auf der Maskeneinstelleinheitsbasis 116 (Probenbühne) montierten Probenmasken-Mikrobewegungsmechanismus 4.
[21] 21 ist eine schematische Draufsicht eines Modifikationsbeispiels des auf der Maskeneinstelleinheitsbasis 116 (Probenbühne) montierten Probenmasken-Mikrobewegungsmechanismus 4.
[22] 22 ist eine Beobachtungsansicht durch das Elektronenmikroskop (vor der Feineinstellung).
[23] 23 ist eine Beobachtungsansicht durch das Elektronenmikroskop (in einem Zustand, in dem die Kammlinie geneigt ist).
[24] 24 ist eine Beobachtungsansicht durch das Elektronenmikroskop (nach der Feineinstellung).
[25] 25 ist eine erläuternde Ansicht eines Verfahrens (Querschnittsfräsbearbeitung) zur Herstellung eines Beobachtungsquerschnitts der Probe 3 (Bearbeitungsgegenstand 100) durch eine Ionenstrahlvorrichtung.

Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Ausführungsform offenbart ein Maskenpositionseinstellverfahren zum Ionenfräsen, umfassend die Schritte des Installierens einer Probenmaskenkomponente, mit der eine Lagebeziehung zwischen einer Probe und einer Maske eingestellt werden kann, auf eine Probenbühne eines Elektronenmikroskops, Verbindens einer Maskenpositionseinstelleinheit der Probenmaskenkomponente mit einer R-Achse der Probenbühne derart, dass die Position der Maske durch R-Achsen-Antrieb eingestellt wird, und Antreibens der R-Achse, während die Beobachtung mit dem Elektronenmikroskop durchgeführt wird, um die Position der Maske einzustellen.
Die Ausführungsform offenbart auch, dass die Maske durch Drehen der Maskenpositionseinstelleinheit entlang einer Linearführung bewegt wird.
Ferner offenbart die Ausführungsform, dass die Maskenpositionseinstelleinheit und die R-Achse durch ein Drehelement verbunden werden und der Antrieb der R-Achse durch Drehung des Drehelements zur Maskenpositionseinstelleinheit übertragen wird.
Ferner offenbart die Ausführungsform, dass die Probenmaskenkomponente in einem Bewegungsmechanismus installiert ist, der einen R-Mechanismus drehbar in der Probenbühne hält.
Ferner offenbart die Ausführungsform, dass ein Beobachtungsschirm des Elektronenmikroskops durch Antreiben der Probenbühne in der X-Achse, Y-Achse, Z-Achse und T-Achse eingestellt wird, während die Position der Maske durch Rasterdrehung eingestellt wird.
Eine Ausführungsform offenbart ein Elektronenmikroskop, mit dem eine Maskenposition einer Ionenfräsvorrichtung eingestellt werden kann, umfassend eine Probenbühne, in der eine Probenmaskenkomponente installiert wird, mit der eine Lagebeziehung zwischen einer Probe und einer Maske eingestellt werden kann, wobei eine R-Achse der Probenbühne mit einer Maskenpositionseinstelleinheit der auf der Probenbühne installierten Probenmaskenkomponente verbunden ist und die Position der Maske durch Antreiben der R-Achse einstellbar ist.
Ferner offenbart die Ausführungsform das Elektronenmikroskop, in welchem eine Maskenpositionseinstellkomponente, welche die Maske entlang einer Linearführung bewegt, durch Antreiben der R-Achse bewegt wird.
Ferner offenbart die Ausführungsform das Elektronenmikroskop, in welchem die Probenbühne ein Drehelement aufweist, das die Maskenpositionseinstelleinheit mit der R-Achse verbindet, und der Antrieb der R-Achse durch Drehung des Drehelements zur Maskenpositionseinstelleinheit übertragen wird.
Ferner offenbart die Ausführungsform das Elektronenmikroskop, in welchem die Probenmaskenkomponente in einem Bewegungsmechanismus installiert ist, der einen R-Mechanismus drehbar in der Probenbühne hält.
Ferner offenbart die Ausführungsform das Elektronenmikroskop, in welchem ein Beobachtungsschirm des Elektronenmikroskops durch X-Achsen-, Y-Achsen-, Z-Achsen- und T-Achsen-Antrieb der Probenbühne sowie durch eine Rasterdrehung des Elektronenmikroskops eingestellt wird, während die Position der Maske durch R-Achsen-Antrieb eingestellt wird.
Eine Ausführungsform offenbart eine Ionenfräsmaskeneinstellvorrichtung, die auf eine Probenbühne eines Elektronenmikroskops installiert wird, umfassend eine Probenmaskenkomponente, mit der eine Lagebeziehung zwischen einer Probe und einer Maske eingestellt werden kann, wobei eine Maskenpositionseinstelleinheit der in der Maskeneinstellvorrichtung installierten Probenmaskenkomponente mit einer R-Achse der Probenbühne verbunden ist und die Position der Maske durch R-Achsen-Antrieb eingestellt wird.
Ferner offenbart die Ausführungsform die Maskeneinstellvorrichtung, in welcher ein Maskenpositionseinstellelement, welches die Maske entlang einer Linearführung bewegt, durch Antreiben der R-Achse bewegt wird.
Ferner offenbart die Ausführungsform die Maskeneinstellvorrichtung, in welcher die Probenbühne ein Drehelement aufweist, das die Maskenpositionseinstelleinheit mit der R-Achse verbindet, und der Antrieb der R-Achse durch Drehung des Drehelements zur Maskenpositionseinstelleinheit übertragen wird.
Ferner offenbart die Ausführungsform, dass die Maskeneinstellvorrichtung in einem Bewegungsmechanismus installiert ist, der einen R-Mechanismus drehbar in der Probenbühne hält.
Ferner offenbart die Ausführungsform die Maskeneinstellvorrichtung, die durch X-Achsen-, Y-Achsen-, Z-Achsen- und T-Achsen-Antrieb der Probenbühne bewegt wird, während die Maskenposition durch R-Achsen-Antrieb eingestellt wird.
Eine Ausführungsform offenbart eine Probenmaskenkomponente einer Ionenfräsvorrichtung, mit der eine Lagebeziehung zwischen einer Probe und einer Maske eingestellt werden kann, wobei eine Maskenpositionseinstelleinheit zum Einstellen der Lagebeziehung zwischen der Probe und der Maske mit einer R-Achse der Probenbühne verbunden ist, wenn sie auf eine Probenbühne eines Elektronenmikroskops installiert ist, und die Position der Maske durch R-Achsen-Antrieb eingestellt wird.
Ferner offenbart die Ausführungsform die Probenmaskenkomponente, in welcher die Maske durch Drehen der Maskenpositionseinstelleinheit entlang einer Linearführung bewegt wird.
Ferner offenbart die Ausführungsform die Probenmaskenkomponente, in welcher die Maskenpositionseinstelleinheit und die R-Achse durch ein Drehelement verbunden sind und der Antrieb der R-Achse durch Drehung des Drehelements zur Maskenpositionseinstelleinheit übertragen wird.
Ferner offenbart die Ausführungsform die Probenmaskenkomponente, die in einem Bewegungsmechanismus installiert ist, der einen R-Mechanismus drehbar in der Probenbühne hält.
Ferner offenbart die Ausführungsform die Probenmaskenkomponente, die durch X-Achsen-, Y-Achsen-, Z-Achsen- und T-Achsen-Antrieb der Probenbühne bewegt wird, während die Maskenposition durch R-Achsen-Antrieb eingestellt wird.
Im Folgenden werden die obigen und andere neuartige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen dienen dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Umfang der Ansprüche keineswegs einschränken.
Ausführungsform
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel einer Ionenfräsvorrichtung erläutert, mit der auf selektive Weise sowohl eine Querschnittsfräsbearbeitung als auch eine Flachfräsbearbeitung unter Verwendung eines Argonionenstrahls durchgeführt werden kann.
1 ist eine schematische Seitenansicht einer Ionenfräsvorrichtung, mit der sowohl die Querschnittsfräsbearbeitung als auch die Flachfräsbearbeitung durchgeführt werden kann, und 2 ist eine schematische Draufsicht von 1. Die Ionenfräsvorrichtung gemäß der Ausführungsform ist mit einem Bearbeitungsbeobachtungsfenster 7 auf einer Oberseite einer Vakuumkammer 15, einer Probenbühne 8 auf einer Vorderseite und einer Ionenquelle 1 auf einer linken Seite versehen, und eine Klappe 101 ist zwischen einer Probe 3 und dem Bearbeitungsbeobachtungsfenster 7 vorgesehen. Die Klappe 101 ist installiert, um die Anhäufung von gesputterten Partikeln auf dem Bearbeitungsbeobachtungsfenster 7 zu verhindern. Die Vakuumkammer 15 weist eine Kastenform auf, die einen Raum zur Herstellung einer Vakuumatmosphäre bildet, kann jedoch äquivalente Formen haben. Das Bearbeitungsbeobachtungsfenster 7 ist in einem oberen Teil der Vakuumkammer 15 angeordnet (in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung, in der ein Gravitationsfeld in einer Umgebung mit Schwerkraft gerichtet ist) . Die Ionenquelle 1 ist auf der Seitenwandfläche der Vakuumkammer 15 vorgesehen (eine Fläche benachbart zur oberen Richtung der Vakuumkammer 15 in einer Richtung vertikal zu der Richtung, in welcher das Gravitationsfeld gerichtet ist) . Das heißt, das Bearbeitungsbeobachtungsfenster 7 ist auf einer Wandfläche der Vakuumkammer 15 in einer Richtung orthogonal zu einer Neigungsachse der Probenbühne 8 und einer den Strahlengang des von der Ionenquelle 1 emittierten Ionenstrahls enthaltenden Ebene angeordnet. Der von der Ionenquelle emittierte Ionenstrahl ist nicht auf den Argonionenstrahl beschränkt, und auch ein Kryptonionenstrahl, ein Xenonionenstrahl, ein Galliumionenstrahl usw. kann verwendet werden. Auf einer Öffnung für das Bearbeitungsbeobachtungsfenster 7 ist nicht nur das Fenster vorgesehen, das vakuumdicht ist, sondern auch ein optisches Mikroskop oder ein Elektronenmikroskop kann dort installiert werden.
3 ist eine Ansicht, die eine Struktur zum Drehen und Neigen eines Drehkörpers 9 und eine Struktur eines Probenbühnen-Ausziehmechanismus zeigt.
In einer Probeneinheitsbasis 5 ist ein Drehkörper 9 vorgesehen, auf dem ein Probenhalteelement (Element zum Halten einer Probe einschließlich des Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4) angeordnet werden kann, und der Drehkörper 9 fungiert als eine Tragbühne, die des Probenhalteelement trägt. Die Probeneinheitsbasis 5 umfasst zusätzlich zum Drehkörper 9 mehrere Getrieberäder 50, die eine Drehkraft von der Außenseite eines Flanschs 10 zum Drehkörper 9 übertragen, und mehrere Lager 51, die den Drehkörper 9 drehbar tragen. Der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 ist auf seiner Unterseite mit einem Maskeneinheitsbefestigungsteil 52 (einschließlich einer Schraube) versehen. Der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 wird auf die Probeneinheitsbasis 5 montiert, wobei seine Unterseite mit einer Oberseite des Drehkörpers 9 der Probeneinheitsbasis 5 in Kontakt kommt, indem er durch eine durch den Maskeneinheitsbefestigungsteil 52 gehende Schraube am Drehkörper 9 befestigt wird. Der auf der Probeneinheitsbasis 5 montierte Drehkörper 9 ist dazu konfiguriert, in Bezug auf eine optische Achse des Ionenstrahls, der aus einer seitlichen Richtung der Vakuumkammer 15 von der Ionenquelle 1 emittiert wird, in einem beliebigen Winkel gedreht und geneigt zu werden, und eine Dreh- und Neigungsrichtung sowie ein Neigungswinkel werden durch die Probenbühne 8 gesteuert.
4 ist eine Ansicht, die eine Struktur zum Drehen und Neigen eines Drehkörpers 9 und eine Struktur eines Probenbühnen-Ausziehmechanismus gemäß einem Modifikationsbeispiel zeigt. Als Verfahren zum Drehen und Neigen des Drehkörpers 9 der Probeneinheitsbasis 5 kann neben einem Verfahren zum Drehen einer im Inneren der Probeneinheitsbasis 5 angeordneten Drehwelle (Drehwelle mit derselben Achse wie die Probenbühne 8) durch Vorsehen mehrerer Getrieberäder 50 und Achsen in der Probeneinheitsbasis 5, wie in 3 gezeigt, auch ein Verfahren zum Drehen einer im Flansch 10 angeordneten Drehwelle (Drehwelle mit einer anderen Achse als die Probenbühne 8) verwendet werden, bei dem eine Wellenkupplung 53 vorgesehen wird, die mit den Zahnrädern 50 der Probeneinheitsbasis 5 verbunden ist, wie in 4 gezeigt.
Die auf dem Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 angeordnete Probe 3 kann durch Drehen und Neigen des Drehkörpers 9 der Probeneinheitsbasis 5 auf einen vorbestimmten Winkel in Bezug auf die optische Achse des Ionenstrahls eingestellt werden. Darüber hinaus stimmt die Position der Drehwelle des Drehkörpers 9 der Probeneinheitsbasis 5 mit der einer Probenoberseite (Unterseite der Maske) überein, was die effiziente Herstellung einer glatten Bearbeitungsfläche erlaubt. Der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 ist auch dazu konfiguriert, sich der optischen Achse des Ionenstrahls in der vertikalen Richtung gegenüber nach vorne, hinten, rechts und links zu bewegen, das heißt, in der X-und Y-Richtung von 3 und 4.
Die Probeneinheitsbasis 5 wird über der Probenbühne 8 (Rotationsmechanismus) angeordnet, die am Flansch 10 montiert ist, der auch als Teil einer Behälterwand der Vakuumkammer 15 fungiert. Wenn der Flansch 10 entlang einer Linearführung 11 gezogen wird, um die Vakuumkammer 15 einem atmosphärischen Zustand auszusetzen, wird die Probeneinheitsbasis 5 aus der Vakuumkammer 15 herausgezogen. Der Probenbühnen-Ausziehmechanismus ist wie folgt aufgebaut.
5 ist eine Strukturansicht eines Probenbühnen-Ausziehmechanismus 60. Der Probenbühnen-Ausziehmechanismus 60 umfasst die Linearführung 11 und den Flansch 10, der an der Linearführung 11 befestigt ist. Die Probeneinheitsbasis 5, die an der am Flansch 10 montierten Probenbühne 8 befestigt ist, wird entlang der Linearführung 11 aus der Vakuumkammer 15 gezogen, indem der Flansch 10 entlang der Linearführung 11 gezogen wird. Durch diesen Vorgang werden der auf der Probeneinheitsbasis 5 montierte Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4, eine im Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 angeordnete Probenmaskeneinheit 21, eine auf der Probenmaskeneinheit 21 angeordnete Maske 2, ein in der Maske 2 installierter Probenhalter 23 und die auf dem Probenhalter 23 angeordnete Probe 3 integral aus der Vakuumkammer 15 herausgezogen.
In der Ausführungsform weist der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 mit der darin angeordneten Probenmaskeneinheit 21 eine Struktur auf, die auf frei anbringbare/abnehmbare Weise an der Probeneinheitsbasis 5 befestigt ist. Daher ist es möglich, den Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 an der Probeneinheitsbasis 5 anzubringen oder davon abzunehmen, wenn der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 mit der darin angeordneten Probenmaskeneinheit 21 aus der Vakuumkammer 15 herausgezogen ist (Bereitschaftszustand zur Anbringung/Abnahme der Probenmaskeneinheit 21).
5 zeigt einen Zustand, in dem der Probenmaskenein-heit-Mikrobewegungsmechanismus 4 mit der darin angeordneten Probenmaskeneinheit 21 außerhalb der Vakuumkammer 15 im frei anbringbaren/abnehmbaren Zustand von der Probeneinheitsbasis 5 abgenommen ist. Die Anbringung/Abnahme wird manuell oder unter Verwendung geeigneter Werkzeuge durchgeführt.
6 ist eine Strukturansicht, die einen Hauptkörper der Probenmaskeneinheit 21 zeigt. In der Ausführungsform wird eine Einheit, in welcher mindestens der Probenhalter 23, dessen Rotationsmechanismus, die Maske 2 und deren Feineinstellmechanismus integral gebildet sind, als Probenmaskeneinheit 21 (Hauptkörper) bezeichnet. Als Rotationsmechanismus, der der optischen Achse des Ionenstrahls gegenüber in der vertikalen Richtung drehbar ist, umfasst der Probenhalter 23 einen Probenhalter-Drehring 22 und eine Probenhalter-Drehschraube 28. Der Probenhalter-Drehring 22 ist dazu konfiguriert, durch Drehen der Probenhalter-Drehschraube 28 gedreht zu werden, die in eine Ausgangsposition zurückgestellt wird, indem sie durch die Federkraft einer Feder 29, die durch die Drehung komprimiert wird, zurückgedreht wird.
Die Probenmaskeneinheit 21 weist einen Mechanismus auf, der die Anbringung/Abnahme am/vom Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 erlaubt, und einen Mechanismus, der die Feineinstellung der Position und des Drehwinkels der Maske 2 ermöglicht. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel erläutert, in welchem die Probenmaskeneinheit 21 und der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 zwei Komponenten sind, es ist jedoch auch möglich, diese als Einzelkomponente zu konfigurieren (in dieser Ausführungsform werden die Probenmaskeneinheit und der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus der Klarheit halber separat erläutert).
Die Maske 2 wird durch eine Maskenbefestigungsschraube 27 an einen Maskenhalter 25 befestigt. Der Maskenhalter 25 wird durch Betätigen eines Masken-Feineinstellmechanismus 26 (Maskenpositionseinstelleinheit) entlang einer Linearführung 24 bewegt, und mit dieser Bewegung bewegt sich auch die die Maske 2, wodurch eine Feineinstellung der relativen Lagebeziehung (Abschirmungslagebeziehung) zwischen der Probe 3 und der Maske 2 durchgeführt wird. Als Masken-Feineinstellmechanismus 26 kann ein Mikrometer verwendet werden.
7 ist eine Strukturansicht, die den Probenhalter 23 und den Probenhalter-Drehring 22 zeigt. Der äußere Teil des Probenhalter-Drehrings 22 weist eine Bogenform auf, und sein Inneres weist eine dem Probenhalter 23 entsprechende Form auf. Der Probenhalter 23 wird von einer Unterseite aus, die entgegengesetzt zu einer Oberseite ist, an der die Probe befestigt ist, in den Probenhalter-Drehring 22 eingeführt und durch eine Schraube am Probenhalter-Drehring 22 befestigt. Die auf dem Probenhalter 23 liegende Probe 3 wird nach der Feineinstellung der relativen Position zwischen der Probe 3 und der Maske 2 befestigt, indem sie in engen Kontakt mit der Maske 2 gebracht wird.
8 und 9 sind Strukturansichten der Probenmaskeneinheit 21 gemäß einem Modifikationsbeispiel. 8 zeigt einen Zustand, in welchem der Probenhalter 23, an dem die Probe 3 befestigt ist, in der Probenmaskeneinheit 21 eingebaut ist, und 9 zeigt einen Zustand, in welchem der Probenhalter 23, an dem die Probe 3 befestigt ist, aus der Probenmaskeneinheit 21 ausgebaut ist. Der Probenhalter 23, auf dem die Probe 3 liegt, kann in die Probenmaskeneinheit 21 eingebaut werden, indem die Probe 3 von einer Rückseite der Probenmaskeneinheit 21 aus durch ein im Probenhalter-Drehring 22 vorgesehenes Loch mit der Maske 2 in Kontakt gebracht wird. Der Probenhalter 23, auf dem die Probe liegt, wird durch eine Probenhalter-Metallhalterung 35 befestigt. Die Befestigung erfolgt, indem ein Sechskantschlüssel oder dergleichen in den Probenhalter-Befestigungsmechanismus 36 eingeführt wird und der Schlüssel gedreht wird, um die Probenhalter-Metallhalterung 35 anzuziehen. Der Masken-Feineinstellmechanismus 26 kann durch Feineinstellung der Position des Maskenhalters 25 eine Feineinstellung der relativen Position zwischen der am Maskenhalter 25 befestigten Maske 2 und der auf dem Probenhalter 23 liegenden Probe 3 durchführen.
10 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Zustand zeigt, bevor ein in der Probenmaskeneinheit 21 installierter Mikrobewegungsmechanismus 4 auf einer feststehenden Bühne 42 befestigt wurde, oder einen Zustand, nachdem der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 von der feststehenden Bühne 42 abgenommen wurde. 11 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 auf der feststehenden Bühne 42 befestigt ist. Ein Umriss eines Verfahrens zum Positionieren der Maske wird weiter unten erläutert.
Bei der Einstellung der Abschirmungslagebeziehung zwischen der Maske 2 und der Probe 3 wird der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 mit der darin angeordneten Probenmaskeneinheit 21 aus der Probeneinheitsbasis 5 entnommen (10) und auf die feststehende Bühne 42 eines optischen Mikroskops 40 montiert (11), um die Abschirmungslagebeziehung der Maske 2 der Probe 3 gegenüber einzustellen.
Hier ist das optische Mikroskop 40 zur Beobachtung der Abschirmungslagebeziehung zwischen der Maske 2 und der Probe 3 separat von der Vakuumkammer 15 konfiguriert, wie in 10 gezeigt, und kann sich an einem beliebigen Ort befinden. Das optische Mikroskop 40 umfasst eine wohlbekannte Lupe 12, einen Lupen-Mikrobewegungsmechanismus 13, eine Beobachtungsbühne 41 und die feststehende Bühne 42, um den abgenommenen Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 mit der darin angeordneten Probenmaskeneinheit 21 auf der Beobachtungsbühne 41 zu installieren. Die feststehende Bühne 42 weist Stäbe und Löcher zur Positionierung auf. Der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 mit der darin angeordneten Probenmaskeneinheit 21 kann durch die Positionierungsstäbe und -löcher auf reproduzierbare Weise an einer bestimmten Position auf der feststehende Bühne 42 installiert werden.
12 ist eine erläuternde Ansicht eines Verfahrens, um einen zu polierenden Abschnitt eines Querschnitts der Probe 3 mit einem Ionenstrahlzentrum 98 auszurichten. Ein lichtempfindliches Papier oder dergleichen wird am Probenhalter 23 angebracht, und eine Marke, die durch Bestrahlen mit dem Ionenstrahl erhalten wird (das heißt, ein Strahlzentrum), wird durch Bewegen in der X2- und Y2-Richtung in 12 mit dem Zentrum der Lupe ausgerichtet, indem der Lupen-Mikrobewegungsmechanismus 13 betätigt wird. Der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 wird wie in 11 gezeigt auf der feststehenden Bühne 42 installiert, nachdem die Probe 3 und die Probenmaskeneinheit 21 wie in 6 gezeigt angeordnet wurden. Im auf der feststehenden Bühne 42 installierten Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 kann das Ionenstrahlzentrum 98 mit dem zu polierenden Abschnitt (nachstehend Bearbeitungsgegenstand genannt) des Querschnitts ausgerichtet werden, indem die Position in der Richtung X3 und Y3 eingestellt wird, um das Ionenstrahlzentrum 98 mit dem Zentrum der Lupe auszurichten.
13 ist eine erläuternde Ansicht eines Verfahrens, um den Querschnitt der Probe 3 parallel zur Maske 2 anzuordnen. Die Positionseinstellung in der X1-Richtung von 13 wird durch Drehen der Probenhalter-Drehschraube 28 so durchgeführt, dass der Querschnitt der Probe 3 parallel zur Kammlinie der Maske 2 ist. Die Einstellung wird derart durchgeführt, dass das Zentrum des Bearbeitungsgegenstands durch Drehen des Masken-Feineinstellmechanismus 26 mit der Kammlinie der Maske 2 ausgerichtet wird, indem der Masken-Feineinstellmechanismus 26 gedreht wird (wenn ein Querschnitt der Probe 3 ohne Bearbeitungsgegenstand erhalten werden soll, wird die Einstellung dabei so durchgeführt, dass die Probe leicht von der Maske 2 vorspringt, zum Beispiel so, dass die Probe 3 durch Drehen des Masken-Feineinstellmechanismus 26 um etwa 50 µm von der Maske 2 vorspringt) .
Wie oben beschrieben, wird bei der Einstellung der Abschirmungslagebeziehung zwischen der Maske 2 und der Probe 3 der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 mit der darin angeordneten Probenmaskeneinheit 21 aus der Probeneinheitsbasis 5 entnommen und an der feststehenden Bühne 42 des optischen Mikroskops 40 angebracht, und die Abschirmungslagebeziehung der Maske 2 der Probe 5 gegenüber wird durch die Maskenpositionseinstelleinheit (Masken-Feineinstellmechanismus 26) eingestellt.
14 ist eine erläuternde Ansicht eines Modifikationsbeispiels des Verfahrens zum Installieren des Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 an das optische Mikroskop 40. Die Installation an das optische Mikroskop 40 kann auch durch ein Verfahren erfolgen, bei dem die Unterseite des Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 ohne das Maskeneinheitsbefestigungsteil 52 zur Befestigung der Probenmaskeneinheit 21 oder des Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 an die Probeneinheitsbasis 5 verwendet wird.
Dieses Beispiel unterscheidet sich vom in 10 bis 13 gezeigten darin, dass die Einstellung, die vom Lupen-Mikrobewegungsmechanismus 13 durchgeführt wird, um das Strahlzentrum mit dem Lupenzentrum auszurichten, auf Seiten der feststehenden Bühne 42 erfolgt, wobei alle anderen Operationen auf die gleiche Weise durchgeführt werden.
Bei der Einstellung der Abschirmungslagebeziehung mit dem optischen Mikroskop 40 ist es schwierig, die Kammlinie der Maske 2 mit dem Zentrum eines mehrere µm großen oder kleineren Bearbeitungsgegenstands auszurichten. Daher wird die Feineinstellung der Lagebeziehung zwischen der Probe 3 und der Maske 2 mit einem Elektronenmikroskop durchgeführt (es ist auch möglich, die Einstellung von Anfang an nur mit dem Elektronenmikroskop durchzuführen, ohne die Einstellung der Abschirmungslagebeziehung mit dem optischen Mikroskop 40 durchzuführen).
Zuerst folgt die Erklärung in einem Zustand, in dem der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 mit der darin angeordneten Probenmaskeneinheit 21 von der Probeneinheitsbasis 5 abgenommen und an die feststehende Bühne 42 des optischen Mikroskops 40 angebracht worden ist.
15 ist eine erläuternde Ansicht eines Einstellverfahrens mit dem optischen Mikroskop vor der Feineinstellung durch das Elektronenmikroskop. Dies ist ein Zustand, wenn die Einstellung des Lupenzentrums auf das Ionenstrahlzentrum bereits abgeschlossen ist. Zuerst wird eine Position eines etwa mehrere µm großen Bearbeitungsgegenstands 100, der durch die Lupe als Punkt wahrgenommen wird, durch den Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 in der X3- und Y3-Richtung von 15 bewegt, um mit dem Lupenzentrum ausgerichtet zu werden. Um den Querschnitt der Probe 3 parallel zur Maske 2 anzuordnen, wie in 13 gezeigt, wird durch Drehen der Probenhalter-Drehschraube 28 eine Positionseinstellung in der X1-Richtung in 13 durchgeführt, wobei die Einstellung derart durchgeführt wird, dass der Querschnitt der Probe 3 parallel zur Kammlinie der Maske 2 ist (wenn Bearbeitungsgegenstände nebeneinander angeordnet sind, wird die Kammlinie der Maske 2 mit diesen ausgerichtet). Es ist wünschenswert, die Lagebeziehung zwischen dem Bearbeitungsgegenstand 100 und der Kammlinie der Maske 2 durch Drehen des Masken-Feineinstellmechanismus 26 auf 25 µm oder darunter einzustellen (um die nachfolgende Einstellung unter dem Elektronenmikroskop zu vereinfachen). Nachdem die Einstellung soweit durchgeführt wurde, wird der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 mit der darin angeordneten Probenmaskeneinheit 21 von der feststehenden Bühne 42 des optischen Mikroskops 40 abgenommen und an die Probenbühne des Elektronenmikroskops montiert.
16 ist eine erläuternde Prinzip-Ansicht eines Elektronenmikroskops. Im Folgenden wird das Prinzip des Elektronenmikroskops erläutert. Obwohl ein Fall mit einer thermischen Elektronenquelle erläutert wird, kann auch eine LaB₆-Elektronenquelle, eine Feldemissions-Elektronenquelle oder eine Schottky-Elektronenquelle als Elektronenquelle verwendet werden.
Eine Vorrichtung im Inneren des Elektronenmikroskops wird evakuiert, und sobald ein Soll-Vakuumdruck erreicht ist, wird eine Hochspannung an die Elektronenquelle 70 angelegt. Von der Elektronenquelle 70, an welche die Hochspannung angelegt wurde, wird ein Elektronenstrahl 71 emittiert. Der emittierte Elektronenstrahl 71 wird durch das Potenzial einer Wehnelt-Elektrode 72 einer Fokussierwirkung ausgesetzt, sein Strahlengang wird gebeugt, und ein erster Kreuzungspunkt 74 tritt zwischen der Wehnelt-Elektrode 72 und einer Anodenelektrode 73 auf. Der durch eine Beschleunigungsspannung beschleunigte Elektronenstrahl 71 durchläuft dann die Anodenelektrode 73 und wird der Fokussierwirkung einer ersten Fokussierlinse 75 (eines Typs mit elektromagnetischer Spule) ausgesetzt, und ein zweiter Kreuzungspunkt 77 tritt zwischen der ersten Fokussierlinse 75 und einer zweiten Fokussierlinse 76 (des Typs mit elektromagnetischer Spule) auf. Ferner tritt zwischen der zweiten Fokussierlinse 76 und einer Objektivlinse 81 ein dritter Kreuzungspunkt 78 auf. Der Elektronenstrahl 71 wird durch die Objektivlinse 81 fokussiert, durch eine Objektivblende 80 begrenzt und dann auf die Oberfläche einer Probe 79 emittiert (die Objektivblende ist aber nicht auf eine Standardposition beschränkt). Der Elektronenstrahl 71, der auf die Oberfläche der Probe 79 auf der Probenbühne emittiert wird, erzeugt zum Beispiel Rückstreuelektronen, die von der Probenoberfläche reflektiert werden, und Sekundärelektronen, die aus der Probenoberfläche herausspringen. Diese Rückstreuelektronen, die Sekundärelektronen usw. werden von einem in der Probenkammer angeordneten Detektor erfasst. Dann durchläuft ein Signal vom Detektor einen Verstärkerstromkreis, wird in ein Digitalsignal umgewandelt und zu einer Anzeige übertragen, um als Bild der Probenoberfläche angezeigt zu werden.
Die Probenbühne des Elektronenmikroskops ist allgemein eine Bühne mit 5-Achsen-Antrieb (X, Y, Z, T und R), die in der Lage ist, dreidimensionale Positionen (vorne, hinten, rechts, links, rechts, oben, unten) sowie die Neigung (T) und Drehung (R) steuern. Hier wird als Beispiel eine Probenbühne mit einer Struktur erläutert, in der über einem Z-Mechanismus zum Antrieb in der Z-Achsen-Richtung ein T-Mechanismus zum Antrieb in der T-Achsen-Richtung angeordnet ist, und ein Y-Mechanismus, ein X-Mechanismus und ein R-Mechanismus dementsprechend in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Die Struktur ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann eine Struktur angewandt werden, in welcher der Z-Mechanismus über dem T-Mechanismus angeordnet ist, eine Struktur, in welcher der Y-Mechanismus über dem X-Mechanismus angeordnet ist, oder eine Struktur, die einen 6-Achsen-Antrieb mit zwei T-Mechanismen verwendet.
17 ist eine schematische Draufsicht der Probenbühne des Elektronenmikroskops. Ein R-Mechanismus 111, der an der obersten Position der Probenbühne des Elektronenmikroskops angeordnet ist, ein unter dem R-Mechanismus 111 angeordneter X-Mechanismus 110 usw. werden gezeigt. Vier Positionierungslöcher 112, die im X-Mechanismus 110 vorgesehen sind, dienen der Positionierung einer Maskeneinstelleinheitsbasis 116, die verwendet wird, wenn der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 an das Elektronenmikroskop montiert wird. Der R-Mechanismus 111, der drehbar auf dem X-Mechanismus 110 angeordnet ist, dreht sich, wenn eine R-Antriebswelle 113 und ein R-Antriebsrad 114 sich drehen (R-Achsen-Antrieb) . Hier ist die R-Antriebswelle 113 der Probenbühne gemäß der Ausführungsform mit einem Maskeneinstellrad 115 zum Antrieb des Masken-Feineinstellmechanismus 26 versehen.
18 ist eine schematische Draufsicht der auf der Probenbühne installierten Maskeneinstelleinheitsbasis 116. Wenn die normale Beobachtung durchgeführt wird, ist die Probe auf dem R-Mechanismus 111 montiert, der der oberste Mechanismus der Probenbühne ist. Doch wenn mit dem Elektronenmikroskop die Feineinstellung der Lagebeziehung zwischen der Probe 3 und der Maske 2 durchgeführt wird, wird der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 mit der darin angeordneten Probenmaskeneinheit 21 auf die Maskeneinstelleinheitsbasis 116 montiert, die auf dem X-Mechanismus 110 installiert ist, wie in 18 gezeigt. Da die Maskeneinstelleinheitsbasis 116 mit einer Aussparung 117 versehen ist, die einen Teil des R-Mechanismus freilegt, kann die normale Beobachtung selbst in einem Zustand, in dem die Maskeneinstelleinheitsbasis 116 installiert ist, durchgeführt werden. Es ist auch möglich, die Maskeneinstelleinheitsbasis 116 mit der Probenbühne zu kombinieren, um eine integrale Struktur zu erhalten.
19 ist eine schematische Draufsicht des auf der Maskeneinstelleinheitsbasis 116 (Probenbühne) montierten Probenmasken-Mikrobewegungsmechanismus 4, und 20 ist eine schematische Seitenansicht davon.
Eine Maskeneinstellradeinheit 118, in welcher drei Räder gleichen Durchmessers in einer geraden Linie angeordnet sind, ist in der Maskeneinstelleinheitsbasis 116 vorgesehen. Die Konfiguration (Anzahl, Anordnung und Art) der Räder wird durch eine Lagebeziehung zwischen dem Maskeneinstellrad 115 und dem Masken-Feineinstellmechanismus 26 bestimmt, weshalb sie nicht auf diese Konfiguration beschränkt ist, die Räder können zum Beispiel auch verschiedene Durchmesser haben. Ein Rad in einer unteren Stufe der Maskeneinstellradeinheit 118 ist mit dem Maskeneinstellrad 115 verbunden. Die Maskeneinstellradeinheit 118 kann ihr anderes Ende bogenförmig um das Wellenzentrum des Rads in der unteren Stufe herum bewegen. Wenn in der vorliegenden Ausführungsform die Maskeneinstellradeinheit 118 etwa vertikal ist, kommt das Rad in der oberen Stufe mit einem am Masken-Feineinstellmechanismus 26 befestigten Masken-Feineinstellrad 120 in Kontakt. Die Lagebeziehung zwischen der Maskeneinstellradeinheit 118 und dem Masken-Feineinstellrad 120 ist nicht darauf beschränkt. Die Maskeneinstellradeinheit 118 kann ihr anderes Ende in einer Bogenform um das Wellenzentrum des Rads in der unteren Stufe herum bis in eine Position bewegen, in der die Maskeneinstellradeinheit 118 mit dem Masken-Feineinstellrad 120 in Kontakt kommt. Ein Kontaktabschnitt des Masken-Feineinstellrads 120 und der Maskeneinstellradeinheit 118 wird durch die Rückstellkraft einer Druckfeder 119, die mit der Maskeneinstellradeinheit 118 und der Maskeneinstelleinheitsbasis 116 verbunden ist, aneinandergedrückt und verbunden. Dadurch ist die Montage des Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 mit der darin angeordneten Probenmaskeneinheit 21 an das Elektronenmikroskop abgeschlossen. Die Drehung der R-Antriebswelle 113 wird zum Maskeneinstellrad 115, zur Maskeneinstellradeinheit 118 und zum Masken-Feineinstellrad 120 übertragen, der den Masken-Feineinstellmechanismus 26 dreht. Die Position der Maske 2 kann durch die Drehung der R-Antriebswelle 113 gesteuert werden. Die Position das auf der Maskeneinstelleinheitsbasis 116 (Probenbühne) montierten Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 kann durch Antrieb der anderen vier Achsen (X, Y, Z und T) als die R-Achse gesteuert werden. Die Lagesteuerung der R-Achse kann durch eine Rasterdrehung ersetzt werden, die ein Blickfeld durch Drehung der Abtastrichtung eines Elektronenstrahls dreht.
21 ist eine schematische Ansicht eines Modifikationsbeispiels des auf der Maskeneinstelleinheitsbasis 116 (Probenbühne) montierten Probenmasken-Mikrobewegungsmechanismus 4. Die Verbindung zwischen dem Masken-Feineinstellmechanismus 26 und der R-Antriebswelle erfolgt in diesem Zustand, ohne dass ein Masken-Feineinstellrad 120 usw. zum Masken-Feineinstellmechanismus 26 hinzugefügt wird, und erfolgt, indem eine Gummischeibe 121, die im Rad in der oberen Stufe der Maskeneinstellradeinheit 118 vorgesehen ist, mit dem Masken-Feineinstellmechanismus 26 in Kontakt gebracht wird. Anstelle der Gummischeibe 121 kann auch eine elastische rotierende Komponente wie ein O-Ring verwendet werden.
Bei der Feineinstellung der Lagebeziehung zwischen der Probe 3 und der Maske 2 mit dem Elektronenmikroskop wird die Nachbarschaft des Bearbeitungsgegenstands 100 durch das Elektronenmikroskop beobachtet, und es ist wünschenswert, eine Lagebeziehung der Probenbühne, der Maskeneinstelleinheitsbasis 116 und des Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 mit der darin angeordneten Probenmaskeneinheit 21 so einzustellen, dass der Bearbeitungsgegenstand 100 von einer beobachteten Anfangsposition in die Nähe einer zentralen Position des Anzeigebildschirms positioniert wird. Wenn es nicht möglich ist, die obigen Elemente in dieser Lagebeziehung anzuordnen, ist es wünschenswert, eine Funktion zur automatischen Korrektur dieser Abweichung durch die Probenbühne vorzusehen, bis die Evakuierung in der Vakuumkammer beendet ist.
22 ist eine Beobachtungsansicht durch das Elektronenmikroskop (vor der Feineinstellung). Eine Form des Bearbeitungsgegenstands 100, die bei der Beobachtung durch das optische Mikroskop 40 als Punkt zu erkennen ist, ist bei der Beobachtung mit einer geeigneten Vergrößerung durch das Elektronenmikroskop deutlich zu erkennen. Hierbei wird die Probenbühne so bewegt, dass das Zentrum des Bearbeitungsgegenstands 100 im Zentrum des Anzeigebildschirms liegt.
23 ist eine Beobachtungsansicht durch das Elektronenmikroskop (in einem Zustand, in dem die Kammlinie geneigt ist). Wenn eine Kammlinie 99 der Maske 2 geneigt ist und die Einstellung schwierig ist, wird eine Rotationskorrektur durch Rasterdrehung durchgeführt.
Nachdem das Zentrum des Bearbeitungsgegenstands 100 mit dem Zentrum des Anzeigebildschirms ausgerichtet wurde und die Neigung der Kammlinie 99 der Maske 2 korrigiert wurde, wird der R-Mechanismus 111 der Probenbühne angetrieben, um die Feineinstellung der Position der Maske 2 durchzuführen. Wenn ein Motor des R-Mechanismus betrieben wird, dreht sich die R-Antriebswelle 113, und der R-Mechanismus wird gedreht, doch der Bearbeitungsgegenstand 100 (Probe 3) wird während der Beobachtung nicht gedreht, weil er auf dem X-Mechanismus 110 angeordnet ist. Durch die Drehung der R-Antriebswelle 113 wird zudem das Rad der Maskeneinstellradeinheit 118 und das Masken-Feineinstellrad 120 gedreht, das den Masken-Feineinstellmechanismus 26 der Probenmaskeneinheit 21 antreibt. Daher ist es möglich, die Kammlinie 99 der Maske 2 zu bewegen, um die Kammlinie 99 der Maske 2 mit dem Zentrum des Bearbeitungsgegenstands 100 auszurichten, während der Bearbeitungsgegenstand 100 durch das Elektronenmikroskop beobachtet wird.
24 ist eine Beobachtungsansicht durch das Elektronenmikroskop (nach der Feineinstellung) . Wenn die Position der Maske 2 eingestellt ist (die Kammlinie 99 der Maske 2 liegt im Zentrum des Bearbeitungsgegenstands 100), wird der Motor gestoppt, um die Feineinstellung zu beenden. Nach der Feineinstellung ist die Kammlinie 99 der Maske 2 im Zentrum des mehrere µm oder weniger großen Bearbeitungsgegenstands 100 angeordnet, und die untere Hälfte des Bearbeitungsgegenstands 100 wird durch die Maske 2 verdeckt.
Nach der Feineinstellung wird die Vakuumkammer des Elektronenmikroskops der Atmosphäre ausgesetzt, die Maskeneinstellradeinheit 118 wird nach rechts in 20 gedrückt, um vom Masken-Feineinstellrad 120 getrennt zu werden, und der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 ist in einem Zustand, in dem er sich von der Probenbühne (Maskeneinstelleinheitsbasis 116) des Elektronenmikroskops abnehmen lässt. Dann wird der Probenmaskeneinheit-Mikrobewegungsmechanismus 4 einschließlich der Probenmaskeneinheit 21 mit der Maske 2, deren Abschirmungslagebeziehung in Bezug auf die Probe 3 mit hoher Genauigkeit eingestellt ist, abgenommen und an die Probeneinheitsbasis 5 der Ionenfräsvorrichtung montiert. Nachdem die Probeneinheitsbasis 5 in die Vakuumkammer 15 zurückgeschoben wurde, wird das Innere der Vakuumkammer 15 evakuiert, und der Drehkörper 9 wird hin und her geneigt, während die Probeneinheitsbasis 5 in einem horizontalen Zustand gehalten wird, um dadurch die Querschnittsfräsbearbeitung durchzuführen.
25 ist eine erläuternde Ansicht eines Verfahrens (Querschnittsfräsbearbeitung) zur Herstellung eines Beobachtungsquerschnitts der Probe 3 (Bearbeitungsgegenstand 100) durch die Ionenstrahlvorrichtung.
Wenn die dicht an der Maske 2 befestigte Probe 3 mit dem Argonionenstrahl bestrahlt wird, während sie hin und her geneigt wird, kann der Teil der Probe 3 (Bearbeitungsgegenstand 100), der nicht von der Maske 2 bedeckt wird, entlang der Maske 2 in einer Tiefenrichtung entfernt werden, und die Oberfläche des Querschnitts der Probe 3 (Bearbeitungsgegenstand 100) kann spiegelpoliert werden. Dadurch kann ein Beobachtungsquerschnitt im Zentrum des Bearbeitungsgegenstands 100 von mehreren µm Größe oder weniger hergestellt werden.
Da die Lagebeziehung zwischen der Probe 3 und der Maske 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit hoher Genauigkeit eingestellt werden kann, während die Beobachtung mit dem Elektronenmikroskop durchgeführt wird, ist es möglich, den Querschnitt eines mikroskopischen Bearbeitungsgegenstands 100 von mehreren µm Größe oder weniger in einem weiten Bereich zu fräsen. In den letzten Jahren ist es auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung wichtig geworden, den Querschnitt eines TSV (Through Silicon Via) zu beobachten, und dazu es ist notwendig, eine Beobachtungsprobe mit einem Durchmesser von mehreren µm oder weniger herzustellen. Die Querschnittsfräsbearbeitung an einem Bearbeitungsgegenstand von mehreren µm Größe oder weniger kann der vorliegenden Ausführungsform gemäß durchgeführt werden. Zudem kann auch in einer normalen Querschnittsfräsbearbeitung, in der keine Stelle spezifiziert wird (Querschnittsbearbeitung, bei der durch Kratzer und Spannungen bedingte Verformungen beseitigt werden, ohne eine spezifische Stelle zu bearbeiten) die Bearbeitungszeit drastisch verkürzt werden, da ein vorspringender Teil (von der Maske 2 vorspringender Teil der Probe 3) auf mehrere µm oder weniger eingestellt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Ionenquelle,
2: Maske,
3: Probe,
4: Probenmasken-einheit-Mikrobewegungsmechanismus,
5: Probeneinheitsbasis,
6: Vakuumsaugsystem,
7: Bearbeitungsbeobachtungsfenster,
8: Probenbühne,
9: Drehkörper,
10: Flansch,
11: Linear-führung,
12: Lupe,
13: Lupen-Mikrobewegungsmechanismus,
15: Vakuumkammer,
21: Probenmaskeneinheit,
22: Probenhalter-Drehring,
23: Probenhalter,
24: Linearführung,
25: Masken-halter,
26: Masken-Feineinstellmechanismus,
27: Maskenbe-festigungsschraube,
28: Probenhalter-Drehschraube,
29: Feder,
35: Probenhalter-Metallhalterung,
36: Probenhalter-Befestigungsmechanismus,
40: optisches Mikroskop,
41: Beobachtungsbühne,
42: feststehende Bühne,
50: Getrieberad
51: Lager,
52: Maskeneinheitsbefestigungsteil,
53: Wellenkupplung,
60: Probenbühnen-Ausziehmechanismus,
70: Elektronenquelle,
71: Elektronenstrahl,
72: Wehnelt-Elektrode,
73: Anodenelektrode,
74: erster Kreuzungspunkt,
75: erste Fokussierlinse,
76: zweite Fokussierlinse,
77: zweiter Kreuzungspunkt,
78: dritter Kreuzungspunkt,
79: Probe,
80: Objektivblende,
98: Ionenstrahlzentrum,
99: Kammlinie,
100: Bearbeitungsgegenstand,
101: Klappe,
110: X-Mechanismus,
111: R-Mechanismus,
112: Positionierungsloch,
113: R-Antriebswelle,
114: R-Antriebsrad,
115: Maskeneinstellrad,
116: Maskeneinstelleinheitsbasis,
117: Aussparung,
118: Maskeneinstellradeinheit,
120: Masken-Feineinstellrad,
121: Gummischeibe

Claims

Maskenpositionseinstellverfahren zum lonenfräsen, umfassend die folgenden Schritte: Installieren einer Probenmaskenkomponente (21), mit der eine Lagebeziehung zwischen einer Probe (3) und einer Maske (2) eingestellt werden kann, auf eine Probenbühne (8) eines Elektronenmikroskops; Verbinden einer Maskenpositionseinstelleinheit (26) der Probenmaskenkomponente mit einer R-Achse der Probenbühne derart, dass die Position der Maske durch den R-Achsen-Antrieb eingestellt wird; und Antreiben der R-Achse, um die Position der Maske einzustellen, während die Beobachtung mit dem Elektronenmikroskop durchgeführt wird.
Maskenpositionseinstellverfahren nach Anspruch 1, wobei die Maske (2) durch Drehen der Maskenpositionseinstelleinheit (26) entlang einer Linearführung (24) bewegt wird.
Maskenpositionseinstellverfahren nach Anspruch 1, wobei die Maskenpositionseinstelleinheit (26) und die R-Achse durch ein Drehelement (115) verbunden sind, und der Antrieb der R-Achse durch Drehung des Drehelements zur Maskenpositionseinstelleinheit übertragen wird.
Maskenpositionseinstellverfahren nach Anspruch 1, wobei die Probenmaskenkomponente (21) in einem Bewegungsmechanismus (4) installiert ist, der einen R-Mechanismus (111) drehbar in der Probenbühne (8) hält.
Maskenpositionseinstellverfahren nach Anspruch 1, wobei ein Beobachtungsschirm des Elektronenmikroskops durch Antreiben der Probenbühne (8) in der X-Achse, Y-Achse, Z-Achse und T-Achse eingestellt wird und die Position der Maske (2) durch Rasterdrehung des Elektronenmikroskops eingestellt wird.
Elektronenmikroskop, mit dem eine Maskenposition einer lonenfräsvorrichtung eingestellt werden kann, umfassend: eine Probenbühne (8), in welcher eine Probenmaskenkomponente (21) installiert ist, mit der eine Lagebeziehung zwischen einer Probe (3) und einer Maske (2) eingestellt werden kann, wobei eine R-Achse der Probenbühne mit einer Maskenpositionseinstelleinheit (26) der auf der Probenbühne installierten Probenmaskenkomponente verbunden ist, und die Position der Maske durch Antreiben der R-Achse einstellbar ist.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 6, wobei die Maskenpositionseinstelleinheit (26), die die Maske entlang einer Linearführung (24) bewegt, durch Antreiben der R-Achse gedreht wird.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 6, wobei die Probenbühne (8) ein Drehelement (115) aufweist, das die Maskenpositionseinstelleinheit (26) mit der R-Achse verbindet, und der Antrieb der R-Achse durch Drehung des Drehelements zur Maskenpositionseinstelleinheit übertragen wird.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 6, wobei die Probenmaskenkomponente (21) in einem Bewegungsmechanismus (4) installiert ist, der einen R-Mechanismus (111) drehbar in der Probenbühne (8) hält.
Elektronenmikroskop nach Anspruch 6, wobei ein Beobachtungsschirm des Elektronenmikroskops durch X-Achsen-, Y-Achsen-, Z-Achsen- und T-Achsen-Antrieb der Probenbühne (8) und durch Rasterdrehung des Elektronenmikroskops eingestellt wird, während die Maskenposition durch R-Achsen-Antrieb eingestellt wird.
lonenfräsmaskeneinstellvorrichtung, die auf eine Probenbühne (8) eines Elektronenmikroskops installiert wird, umfassend: eine Probenmaskenkomponente (21), mit der eine Lagebeziehung zwischen einer Probe (3) und einer Maske (2) eingestellt werden kann, wobei eine Maskenpositionseinstelleinheit (26) der in der Maskeneinstellvorrichtung installierten Probenmaskenkomponente mit einer R-Achse der Probenbühne verbunden ist, und die Position der Maske durch R-Achsen-Antrieb eingestellt wird.
Maskeneinstellvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Maskenpositionseinstelleinheit (26), welche die Maske (2) entlang einer Linearführung (24) bewegt, durch Antreiben der R-Achse gedreht wird.
Maskeneinstellvorrichtung nach Anspruch 11, außerdem umfassend: ein Drehelement (115), das die Maskenpositionseinstelleinheit (26) mit der R-Achse verbindet, wobei der Antrieb der R-Achse durch Drehung des Drehelements zur Maskenpositionseinstelleinheit übertragen wird.
Maskeneinstellvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Maskeneinstellvorrichtung in einem Bewegungsmechanismus (4) installiert ist, der einen R-Mechanismus (111) drehbar in der Probenbühne (8) hält.
Maskeneinstellvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Maskeneinstellvorrichtung durch X-Achsen-, Y-Achsen-, Z-Achsen- und T-Achsen-Antrieb der Probenbühne (8) bewegt wird, während die Maskenposition durch R-Achsen-Antrieb eingestellt wird.
Probenmaskenkomponente einer lonenfräsvorrichtung, mit der eine Lagebeziehung zwischen einer Probe (3) und einer Maske (2) eingestellt werden kann, wobei eine Maskenpositionseinstelleinheit (26) zum Einstellen der Lagebeziehung zwischen der Probe und der Maske mit einer R-Achse einer Probenbühne (8) eines Elektronenmikroskops verbunden ist, wenn sie auf die Probenbühne installiert ist, und die Position der Maske durch R-Achsen-Antrieb eingestellt wird.
Probenmaskenkomponente nach Anspruch 16, wobei die Maske (2) durch Drehen der Maskenpositionseinstelleinheit (26) entlang einer Linearführung (24) bewegt wird.
Probenmaskenkomponente nach Anspruch 16, wobei die Maskenpositionseinstelleinheit (26) durch ein Drehelement (115) mit einer R-Achse verbunden ist, und der Antrieb der R-Achse durch Drehung des Drehelements übertragen wird.
Probenmaskenkomponente nach Anspruch 16, wobei die Probenmaskenkomponente in einem Bewegungsmechanismus (4) installiert ist, der einen R-Mechanismus (111) drehbar in der Probenbühne (8) hält.
Probenmaskenkomponente nach Anspruch 16, wobei die Probenmaskenkomponente durch X-Achsen-, Y-Achsen-, Z-Achsen- und T-Achsen-Antrieb der Probenbühne (8) bewegt wird, während die Maskenposition durch R-Achsen-Antrieb eingestellt wird.