DE69506583T2

DE69506583T2 - Objektträger und vorrichtung zum zweiseitigen ionenabtrag

Info

Publication number: DE69506583T2
Application number: DE69506583T
Authority: DE
Inventors: Reza Pleasanton Ca 94588-3334 Alani; Peter R. St. Johns Swann
Original assignee: Gatan Inc
Current assignee: Gatan Inc
Priority date: 1994-11-14
Filing date: 1995-10-30
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2015-10-31
Also published as: EP0792447A1; EP0792447B1; DE69506583D1; WO1996015436A1; US5472566A; JPH10508976A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ionenabtrag einschließlich einer Objekthalterung zur Herstellung von Objekten für Transmissionselektronenmikroskope, und insbesondere betrifft sie eine Objekthalterung und ein Verfahren, die einen zweiseitigen Abtrag unter sehr niedrigen Winkeln bis zu 0º erlauben.
Die Transmissionselektronenmikroskopie ist eine bedeutende Technik zur Untersuchung der detaillierten Mikrostruktur vieler Materialien. Verbesserungen in der Ausführung und im Betrieb von Elektronenmikroskopen haben ein beträchtliches Interesse daran hervorgerufen, von verschiedenen Materialien Bilder mit atomarer Auflösung zu erhalten. Die Herstellung von Objekten zur Transmissionselektronenmikroskopie mit atomarer Auflösung ist jedoch sehr anspruchsvoll, da ein endgültiges Objekt erforderlich ist, das sehr dünn (d. h. < 50 nm) und frei von Artefakten ist. Üblicherweise umfaßt die Herstellung von Objekten zunächst das Zerschneiden irr Scheiben, Zerlegen in Abschnitte, Ausschneiden von Scheiben bzw. Trepanation und/oder Mahlvorgänge, um ein relativ dünnes (100-200 um) Scheichen von etwa 3 mm Durchmesser zu erzeugen.
Ionenabtragsysteme sind zum Herstellen von Objekten verschiedener Materialien einschließlich Keramiken, Halbleitern, Metallen und Kombinationen davon für Transmissionseletronenmikroskopie mit atomarer Auflösung verwendet worden. In derartigen Ionenabtragsystemen, wie dem System, das in dem auf übliche Weise übertragenen US-Patent Nr. 5,009,743 von Swann beschrieben ist, werden Objekte auf Halterungen montiert bzw. präpariert und in den Strahlengang eines oder mehrerer Ionenstrahlen gebracht. Die Ionenstrahlen entfernen allmählich Atome aus der Oberfläche des Objektes, bis in der Mitte des Objektes eine kleine Perforation gebildet ist. Im allgemeinen ist der Bereich um die Perforation herum dann dünn genug (d. h. < 50 nm) für eine Analyse mit atomarer Auflösung mittels eines Transmissionselektronenmikrosopes.
Ein anderes Ionenabtragsystem ist in M. S. Abrahams et al. Rev. Sci. Inst., Bd. 39, Nr. 12 (1968), Seiten 1944-1945, beschrieben. Das System umfaßt eine Vorrichtung zum zweiseitigen Ionenabtrag mit einer Objekthalterung und zwei Ionenpistolen, die so einstellbar sind, daß Ionenstrahlen auf die jeweiligen Seiten eines Objekts bei Abtragwinkeln von 0 bis 15º bereitgestellt werden. Ein zweiseitiges Ionenabtragsystem ist auch in der FR- A-2,203,509 beschrieben. Dort wird die Probe auf einen Träger montiert, der die Probe hält und die Probe zwischen zwei Arbeitspositionen dreht. In der ersten Arbeitsposition treffen die Ionenstrahlen unter einem Winkel voll etwa 75º von der vertikalen Achse auf die Probe auf. In der zweiten Position treffen die Ionenstrahlen unter einem Winkel von etwa 83º von der vertikalen Achse auf die Probe auf, um einen Schatteneffekt durch den Probenhalter zu vermeiden.
Das Ionenabtragen ist jedoch ein langsamer Vorgang. Um die Rate zu erhöhen, mit der Atome aus der Oberfläche des Objektes entfernt werden, ist es übliche Praxis, die Proben bei höheren Winkeln von 15 bis 25º zwischen dem einfallenden Strahl und der Objektoberfläche abzutragen bzw. zu mahlen. Solch höhere Winkel maximieren die Wirkung des Strahles, können jedoch Artefakte wie beispielsweise Kristallfehler Sand amorphe Oberflächenschichten verursachen, die vom Eindringen energiegeladener Ionen und neutraler Teilchen in die Oberfläche des Objektes herrühren.
Die Gesamtabtragrate kann auch dadurch erhöht werden, daß zwei oder mehrere Ionenpistolen gleichzeitig von beiden Seiten des Objektes verwendet werden. Objekthalterungen des Standes der Technik sind so gestaltet worden, daß sie für einen Abtrag bei hohem Winkel, Abtrag von beiden Seiten und Rotation des Objektes angepaßt sind, um ein gleichmäßigeres Dünnerwerden bzw. Ausdünnen über die Objektoberfläche hinweg zu erhalten. Derartige Halterungen umfassen ein Paar ringförmige dünne Metallplatten, die Klemmplatten genannt werden, die Öffnungen mit einem Durchmesser aufweisen, der gerade kleiner ist, als der Durchmesser eines typischen Objektes (d. h. etwa 3 mm). Das Objekt wird zwischen den Klemmplatten konzentrisch innerhalb der ringförmigen Öffnungen angebracht. Die gesamte Anordnung wird dann zusammengeklemmt und in einer Hilfshalterung montiert, um eine Rotation zu ermöglichen.
Da Ionenstrahlen parallel gerichtet und nicht fokussiert sind, sind sie im Vergleich zur Objektgröße relativ breit. Die Ionenstrahlen treffen daher außer dem Objekt auch die Klemmplatten sowie andere Teile der Hilfshalterung. Dies kann zur Ablagerung von aus den Klemmplatten und der Hilfshalterung herausgeschlagenem Material auf dem Objekt führen, was lästige Artefakte auf der (den) Oberfläche(n) de Objektes erzeugt. Das Ausdünnen bzw. Dünnerwerden der Klemmplatten und der Hilfshalterung aufgrund dieses Sputterns macht ein häufiges Ersetzen notwendig.
Ein weiteres Problem mit herkömmlichen Klemmplatten besteht darin, daß ihre Dicke den kleinsten erreichbaren Abtragwinkel für das Objekt begrenzt. Dies liegt daran, daß die Klemmplatten eine gewisse mechanische Stärke bzw. Festigkeit aufweisen müssen, was wiederum erfordert, daß sie eine bestimmte minimale Dicke aufweisen. Klemmplatten mit etwas größeren Dicken als die, die absolut notwendig sind, werden manchmal bevorzugt, da sie eine größere Lebensdauer aufweisen, insbesondere hinsichtlich des Ausdünnens, das von wiederholter Verwendung herrührt.
Obwohl höhere Abtragwinkel ein rascheres Abtragen der Objektoberfläche erzeugen, ist der Ionenabtrag unter Einfallswinkeln von etwa 5º oder weniger zunehmend populärer geworden, da er Objekte mit höherer Qualität und weniger Artefakten erzeugt, insbesondere Objekte, die aus Materialien zusammengesetzt sind, die schwierig abzutragen sind. Beispielsweise wird bei einigen Zweiphasenobjekten eine Phase rascher abgetragen als die andere. Objekte, die unter höheren Winkeln abgetragen werden, sind von geringerer Qualität und weisen eine rauhe Oberfläche, begrenzte dünne Bereiche und unterschiedliche Ausdünnungsraten für verschiedene Konstituenten in dem Objekt auf; Abtrag unter niedrigen Winkeln überwindet viele dieser Probleme.
Ein Haupterfordernis für Ionenabtrag unter niedrigere Winkel ist eine Objekthalterung reit einem geeigneten Visier- bzw. Zielliniervermögen. D. h. die Objekthalterung muß es erlauben, daß ein oder mehrere Ionenstrahlen unter Winkeln bis zu 0º gegen das Objekt gerichtet sind. Ein Beispiel für eine Objekthalterung mit einem Abtragvermögen bei niedrigen Winkeln ist die in dem zuvor erwähnten US-Patent Nr. 5,009,743 beschriebene Halterung. In dem Patent sitzen Objekte am oberen Ende eines Fußes, so daß ein oder mehrere Ionenstrahlen unter Abtragwinkeln bis zu 0º auf eine Seite des Objektes gerichtet werden können. Die Halterung umfaßt eine angehobene Lippe auf der oberen Oberfläche des Feißes, um das Objekt sicher zu befestigen. Eine derartige Halterung erlaubt jedoch nicht den zweiseitigen Abtrag oder die Entfernung irgendwelcher Verunreinigungen von der Unterseite des Objektes. Darüber hinaus wird die angehobene Lippe durch die Wirkung der Ionenstrahlen abgetragen, was häufiges Ersetzen der Objekthalterung erforderlich macht.
Demgemäß besteht auf diesem Gebiet noch das Bedürfnis für Ionenabtragvorrichtungen einschließlich Objekthalterungen, die gleichzeitigen zweiseitigen Ionenabtrag unter sehr niedrigen Winkeln bis zu 0º erlauben.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung erfüllt dieses Bedürfnis durch Bereitstellen einer Vorrichtung und einer Objekthalterung, die so ausgebildet sind, daß sie einen gleichzeitigen zweiseitigen Ionenabtrag eines Objekts unter sehr niedrigen Winkeln des einfallenden Strahls bis zu 0º von beiden Seiten des Objektes erlauben. Dies erzeugt sowohl einen raschen Abtrag als auch eine Verminderung von Artefakten, so daß Objekte von hoher Qualität für die Analyse mittels Transmissionselektronenmikroskopie bereitgestellt werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Objekthalterung für zweiseitigen Ionenabtrag bereitgestellt, einschließlich eines Fußes, der mindestens einen sich erstreckenden Objektträgerarm aufweist, der so ausgebildet ist, daß er mit einer peripheren Kante eines Objektes in Eingriff steht, und Mittel zur sicheren Befestigung des Objektes an mindestens einem Objektträgerarm. Vorzugsweise wird das Objekt auf dem Trägerarm sicher befestigt, so daß Ionenstrahlen gleichzeitig unter sehr niedrigen Einfallswinkeln bis zu 0º auf die ersten und zweiten Hauptflächen des Objektes gerichtet werden können. Der Trägerarm weist ein schmales Profil auf, so daß mindestens ein Teil der peripheren Kante des Objektes nicht eingespannt ist und Von dem Fuß in Abstand gehalten ist. Die Anzahl der Trägerarme kann je nach Art des Objektes und Plazierung der Ionenstrahlpistolen für den Abtrag variieren, und es können ein Trägerarm bis zu einer Mehrzahl oder Vielzahl von Trägerarmen vorhanden sein, um die Probe zu halten.
Das Objekt ist auf mindestens einem Trägerarm dadurch sicher befestigt, daß das Objekt in eine Ausnehmung in dem Trägerarm gesetzt wird, die mit der kante des Objektes in Eingriff steht. Die Tiefe der Ausnehmung ist geringer als die Höhe des Objektes. Befestigungsmittel werden bereitgestellt, um sicherzustellen, daß das Objekt während des Abtrags fest an seinem Platz gehalten wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein derartiges Befestigungsmittel ein Wachs, wie beispielsweise ein kohlen Wasserstoffwachs mit niedrigem Schmelzpunkt. Das Wachs ist in der Ausnehmung in denn Trägerarm angebracht, und das Objekt wird durch Schmelzen oder Weichmachen des Wachses, Aufsetzen des Objektes und Kühlen des Wachses sicher befestigt. Das Wachs stellt auch einen vorteilhaften Wärmeüberträger bereit, um Wärme von dem Objekt auf den Trägerarm zu übertragen. Dadurch wird der Schaden durch ionenstrahlinduzierte Wärmewirkung reduziert.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Befestigungsmittel eine Klemme. Die Klemme kann in einer von mehreren strukturellen Formen vorliegen. In einer Form umfaßt die Klemme eine Klemmoberfläche, um mit einer peripheren Kante des Objektes in Eingriff zu stehen, einen Pfeiler, der sich von der Klemmoberfläche erstreckt, und eine Feder auf dem Pfeiler, um die Klemmoberfläche gegen den Objektträgerarm vorzuspannen. In einer weiteren Form umfaßt die Klemme eine Klemmoberfläche, um mit einer peripheren Kante des Objektes in Eingriff zu stehen, und eine Schraube, die sich durch die Klemmoberfläche erstreckt, um die Klemmoberfläche auf dem Objektträgerarm zu befestigen. In noch einer anderen Form umfaßt die Klemme eine C-förmige Klemme, die eine Klemmoberfläche aufweist, um mit der Kante des Objektes in Eingriff zu stehen, und einen Basisteil, der sich um die Klemme herum erstreckt und diese an dem Objektträgerarm befestigt.
Vorzugsweise verläuft durch den Fuß eine Bohrung, so daß der Abtragprozeß überwacht werden kann, beispielsweise indem man einen Lichtstrahl auf die Objektoberfläche auftreffen läßt. Der Strahl gelangt durch die Bohrung in dem Fuß und das Objekt, sobald das Objekt durch den Abtrag perforiert ist, und wird durch einen geeigneten Detektor nachgewiesen.
In einer bevorzugten Form umfaßt der Objektträgerarm einen ersten Teil, der sich seitlich von dem Fuß weg erstreckt, einen zweiten aufragenden Teil und einen dritten Teil, der sich seitlich zu dem Fuß hin erstreckt. Der Trägerarm umfaßt eine Ausnehmung in seinem dritten Teil, um mit der Kante des Objektes in Eingriff zu stehen, wobei die Tiefe der Ausnehmung geringer ist als die Höhe des Objektes.
Die Objekthalterung der vorliegenden Erfindung kann in beinahe jedem Ionenabtragsystem verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch eine Vorrichtung zum zweiseitigen Ionenabtrag bereitgestellt und umfaßt eine Vakuumkammer und Mittel zum Bereitstellen eines Vakuums innerhalb der Kammer und eine Objekthalterung innerhalb der Kammer, um das abzutragende Objekt zu halten. Eine Mehrzahl von Ionenpistolen ist innerhalb der Kammer angeordnet, wobei mindestens eine der Pistolen so angeordnet ist, daß sie einen Ionenstrahl auf eine erste Seite des Objektes bereitstellt, und mindestens eine andere der Pistolen so angeordnet ist, daß sie einen Ionenstrahl auf eine zweite Seite des Objektes bereitstellt. Die Mehrzahl der Pistolen ist so einstellbar, daß sehr niedrige Abtrageinfallswinkel bis zu 0º bereitgestellt werden.
Die Objekthalterung der vorliegenden Erfindung ist für die Verwendung in verschiedenen Ionenabtragsystemen und -konfigurationen ausgebildet. Durch Bereitstellung eines Zugangs mittels Sichtlinie zu beiden Seiten der Objektoberfläche durch die Verwendung von Trägerarmen mit schmalem Profil, wobei mindestens ein Teil der peripheren Kante des Objektes nicht eingespannt ist, werden sehr niedrige Abtragwinkel bis zu 0º erreicht, und das Auftreffen von Ionenstrahlen auf die Objekthalterung wird minimiert. Darüber hinaus werden die Gesamtabtragsraten erhöht, während die Objektverunreinigung verringert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum zweiseitigen Ionenabtrag von Objekten bereit, das die Schritte umfaßt, daß man ein Objekt mit abzutragenden ersten und zweiten Hauptflächen und einer peripheren Kante in einer Vakuumkammer bereitstellt und das Objekt sicher so befestigt, daß mindestens ein Teil der peripheren Kante nicht eingespannt ist, daß man die Kammer unter Ausbildung eines Vakuums evakuiert, und Ionenabtrag des Objektes mittels eines Abtragwinkels von bis zu 0º. Das Verfahren kann auch verwendet werden, um den Ionenabtrag des Objektes durch die Verwendung von Ionenstrahlpistolen, die auf beiden Seiten des Objektes angeordnet sind, gleichzeitig auf beiden Hauptflächen des Objektes durchzuführen. Falls gewünscht, kann das Objekt während des Abtrags gedreht werden.
Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Ionenabtrag und eine Objekthalterung bereitzustellen, die so ausgebildet sind, daß zweiseitiger Ionenabtrag unter sehr niedrigen Winkeln des einfallenden Strahles bis zu 0º von beiden Seiten des Objektes möglich ist. Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Patentansprüchen offensichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1a ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit zwei Trägerarmen, bei der das Objekt mit Wachs sicher befestigt wird;
Fig. 1b ist ein Querschnitt der Objekthalterung von Fig. 1a;
Fig. 2a ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit zwei Trägerarmen, bei der das Objekt mit einem gefederten Klemmmechanismus sicher befestigt wird;
Fig. 2b ist Querschnitt der Objekthalterung von Fig. 2a;
Fig. 3a, 3b und 3c sind schematische Draufsichten von Ausführungsformen der Erfindung mit einem, drei und vier Trägerarmen;
Fig. 4a ist ein Querschnitt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit zwei Trägerarmen, bei der das Objekt unter Verwendung von Stellschrauben sicher befestigt wird;
Fig. 4b ist ein Querschnitt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit zwei Trägerarmen, bei der das Objekt unter Verwendung von C-förmigen Klemmen sicher befestigt wird; und
Fig. 5 ist ein schematischer Querschnitt einer Vorrichtung zum Ionenabtrag, die die Objekthalterung der vorliegenden Erfindung enthält.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Eine Ausführungsform der Objekthalterung der vorliegenden Erfindung, die ein Paar gegenüberliegender Trägerarme aufweist, ist in den Fig. 1a und 1b veranschaulicht. Wie gezeigt ist, sitzt das Objekt 10, das erste und zweite Hauptflächen 100 und 102 und eine periphere Kante 104 aufweist, auf den Trägerarmen 12. Wie auf dem Gebiet üblich ist, liegt das Objekt 10 in Form einer kreisförmigen Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 3 mm vor. Die Trägerarme sind mit Abstand angeordnet, so daß sie einen Zwischenraum zwischen diesen definieren, der geringer ist als der Durchmesser des Objektes 10. Die Trägerarme 12 sind auf den aufragenden Fuß 18 montiert oder auf andere Weise an diesem befestigt. Vorzugsweise verläuft durch die longitudinale Achse des Fußes 18 eine Bohrung 20, um einen Durchgang für einen Lichtstrahl bereitzustellen, wie im folgenden noch detaillierter beschrieben wird. Der Fuß und die Trägerarme können aus jedem geeigneten Metall hergestellt sein, vorzugsweise einem Metall mit Brater Wärmeleitfähigkeit und einer niedrigen Ionenabtragsrate.
Wie gezeigt ist, umfaßt jeder Trägerarm 12 vorzugsweise einen ersten Teil oder Segment 120, der sich im allgemeinen seitlich vom Fuß 18 weg erstreckt, einen zweiten aufragenden Teil oder Segment 122 und einen dritten Teil oder Segment 124, der sich im allgemeinen seitlich zurück zur Mittelachse des Fußes 18 hin erstreckt. Auf diese Weise hält der Trägerarm 12 das Objekt 10 in einem vorbestimmten räumlichen Abstand vom Fuß 18 entfernt, jedoch im allgemeinen über der Bohrung 20 zentriert. Natürlich ist es für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, daß die besondere Konfiguration oder Anzahl der Segmente oder Teile der Trägerarme oder Arme nicht entscheidend ist. Es ist nur wichtig, daß der Trägerarm so ausgestaltet ist, daß er das Objekt in einem räumlichen Abstand vom Fuß entfernt anordnet, um eine Visier- bzw. Ziellinie für die Ionenpistolenanordnung freizuhalten und das Auftreffen des Ionenstrahls oder der Ionenstrahlen auf beiden Seiten des Objektes zu erlauben.
Kleine Ausnehmungen 14 sind angrenzend an die Spitzen der Trägerarme 12 im Teil 124 bereitgestellt. Die Ausnehmungen weisen eine geringfügig geringere Tiefe als die übliche Dicke eines Objektes 10 (z. B. 100-200 um). Darüber hinaus weisen die Ausnehmungen einen geringfügig größeren Durchmesser auf als der Durchmesser des Objektes, so daß das Objekt in diesen Ausnehmungen sitzt.
In der in den Fig. 1a und 1b gezeigten Ausführungsform der Erfindung sitzt das Objekt 10 auf den Trägerarmen 12, wobei eine Wachsverbindung 16 verwendet wird. Vorzugsweise ist das Wachs 16 ein Wachs mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt und weist vorzugsweise einen Schmelzpunkt von weniger als etwa 150ºC auf, und es weist am meisten bevorzugt einen Schmelzpunkt im Bereich von etwa 110ºC bis 140ºC auf. Wachse mit Schmelzpunkten am unteren Ende des Bereichs sind am meisten bevorzugt, da weniger erwärmt werden muß, um sie weichzumachen oder zu schmelzen. Die Verwendung eines Wachses unterstützt die Wärmeübertragung zwischen Objekt 10 und Trägerarmen 12, um die Wärme während des Abtrags von dem Objekt abzuführen und den Schaden auf dem Objekt durch ionenstrahlinduzierte Wärmewirkung zu vermindern.
Das Objekt 10 wird wie folgt in die Ausnehmungen 14 gesetzt. Das Wachs wird mit einem flüchtigen Solvens, wie z. B. Aceton, gemischt, und das Gemisch wird in den Ausnehmungen 14 angebracht. Man Läßt das Solvens verdampfen; gegebenenfalls kann die Objekthalterung erwärmt werden, um das Austreiben des Solvens zu unterstützen. Nachdem das Wachs abgekühlt und verfestigt ist, gibt man in Ausrichtung mit den Ausnehmungen 14 ein Objekt 10 über das Wachs. Die Objekthalterung wird dann wieder erwärmt, um das Wachs 16 weichzumachen oder zu schmelzen, wodurch ermöglicht wird, daß das Objekt 10 in den Ausnehmungen 14 zu sitzen kommt. Das Wachs wird dann wieder gekühlt, wobei diesmal das Objekt 10 sicher an seinem Platz auf den Trägerarmen 12 befestigt wird.
Mechanische Befestigungsmittel zum sicheren Befestigen des Objektes 10 an den Trägerarmen 12 sind in den Fig. 2a und 2b, 4a und 4b veranschaulicht. Zunächst Bezug nehmend auf die Fig. 2a und 2b, sitzt das Objekt 10 auf den Trägerarmen 12 in den Ausnehmungen 14. Ein Klemmmechanismus, der eine Klemmoberfläche 22, einen Klemmmpfeiler 24 und eine Feder 26 umfaßt, hält die peripheren Kanten des Objektes 10 in den Ausnehmungen 14. Wie gezeigt ist, erstreckt sich jede Klemmoberfläche 22 über die obere periphere Kante des Objektes 10, um das Objekt in den Ausnehmungen 14 sicher zu befestigen. Der Klemmpfeiler 21 erstreckt sich durch die ersten bzw. dritten Teile 120 bzw. 124 des Trägerarms 12. Ein Ende des Klemmpfeilers 24 ist an der Klemmoberfläche 22 befestigt, während das entgegengesetzte Ende einen Flansch 106 umfaßt. Zwischen dem Flansch 106 und dem dritten Teil 124 des Trägerarmes 12 ist eine Feder 26 eingeschlossen. Die Feder 26 ist dimensioniert, um einen Klemmdruck auf die Klemmoberfläche 22, auszuüben. Darüber hinaus können die Federn 26 auf jedem Trägerarm 12 zusammengedrückt werden, um die Klemmoberfläche 22 zum Entfernen und Einbringen verschiedener Objekte, wie dies erforderlich ist, zu lösen.
In einer weiteren Modifikation eines mechanischen Klemmmechanismus veranschaulicht Fig. 4a eine Schraube 28, die die Klemmoberfläche 22 über dem Objekt 20 an ihrem Platz hält. Durch Drehen der Schraube 28 kann der Druck auf die Klemmoberfläche 22 zum Einbringen und/oder Entfernen eines Objektes 10 gelöst, werden und kann zum sicheren Befestigen des Objektes an seinem Platz erhöht werden.
Fig. 4b veranschaulicht noch eine weitere Farm eines mechanischen Klemmmechanismus. Wie hier veranschaulicht ist, sind C-förmige Klemmen 30, die Klemmoberflächen 22 aufweisen, so ausgebildet, daß sie gut über die Trägerarme 12 passen, um eine Klemmkraft auf das Objekt 10 bereitzustellen. Die C-förmigen Klemmen 10 können den Trägerarmen 12 übergestreift oder von diesen herabgestreift werden, um Objekte wie erforderlich einbringen oder entfernen zu können.
Obwohl die Objekthalterung der vorliegenden Erfindung die Form eines Paars gegenüberliegender Trägerarme aufweisen kann, wie in den Fig. 1a, 1b, 2a, 2b, 4a und 4b gezeigt ist, kann in einigen Fällen ein einzelner Trägerarm 12, wie in Fig. 3a gezeigt ist, einem Objekt 10 für einen Ionenabtragsprozeß ausreichenden Halt bieten. Alternativ sind Ausführungsfarmen der Erfindung mit drei oder vier Trägerarmen ebenfalls möglich, wie in den Fig. 3b bzw. 3c gezeigt ist.
Daher ist ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ihre Flexibilität in der Ausführungsform für verschiedene Anwendungen und Ionenabtragprozesse. Die Winkel zwischen den Trägerarmen können, wie gewünscht, symmetrisch oder nichtsymmetrisch sein, je nach der Konfiguration der zum Abtrag der Objekte verwendeten Ionenabtragpistolen. Es ist jedoch wichtig, daß mindestens ein Teil oder Teile der peripheren Kanten des Objektes nicht von dem Befestigungsmittel eingespannt sind, um direkten Zugang mittels Visierlinie zu beiden Hauptflächen des Objektes bereitzustellen. D. h. aufgrund des Abstandes des Trägerarms oder -arme von dem Fuß kann die Ionenpistole oder -pistolen unter sehr niedrigen Einfallswinkeln bis zu 0º zu dem Objekt angeordnet werden, ahne an den Fuß aller die Trägerarme zu stoßen. Die Objekthalterung der vorliegenden Erfindung ist recht brauchbar zur Verwendung in einem Ionenabtragsystem, das modulierte Ionenstrahlen für Sektorionenabtrag verwendet. Ein derartiges System ist im Handel erhältlich von Gatan, Inc., aus Pleasanton, CA.
Ein Beispiel für ein Ionenabtragsystem, das die Objekthalterung der vorliegenden Erfindung verwendet, ist in Fig. 5 gezeigt. Wie gezeigt ist, wird das Objekt 10 von den Trägerarmen 22 der Objekthalterung in der Vakuumkammer 34 gehalten. Geeignete Mittel, wie beispielsweise eine Hochvakuumpumpe 44, die den Druck in der Kammer 34 auf 10&supmin;&sup6; Torr zu reduzieren vermag, werden verwendet, um die Kammer zu evakuieren. Der Fuß 18 der Objekthalterung ist auf einem Halterträger 32 befestigt. Der Halterträger 32 kann mittels geeigneter Rotationsantriebsmittel (nicht gezeigt) gedreht werden, um das Objekt 10 während des Ionenabtrags rotieren zu lassen. Durch Trägerarme 12 wird das Objekt 10 so angeordnet, daß es im allgemeinen über der Bohrung 20 zentriert ist.
Ein Paar Ionenpistolen 36 mit im wesentlichen identischer Konstruktion sind an Stromversorgungen 52 angeschlossen. In der veranschaulichten Konfiguration (in der die Winkel zur Vereinfachung übertrieben sind) ist eine Ionenpistole über der Oberfläche des Objektes 10 angeordnet, und eine ist darunter angeordnet, um einen Ionenstrahl gegen die untere Oberfläche des Objektes 10 zu richten. Ein Gas, üblicherweise Argon, wird der Ionenpistole 36 durch die Gasversorgungsleitung 40 zugeführt, wobei die Gaszufuhr durch das Ventil 42 reguliert wird. Die Ionenpistole 36 erzeugt einen Strahl energiegeladener Teilchen, der durch die vordere Öffnung 38 auf das Objekt 10 auftrifft. Der Winkel zwischen der Objektoberfläche (entweder oberer oder unterer) Land den Ionenstrahlen, die von jeder der Pistolen 36 ausgehen, können auf verschiedene Werte bis zu 0º für gleichzeitigen Abtrag auf beiden Oberflächen eingestellt werden.
Eine Lichtquelle 50, wie beispielsweise eine Licht aussendende Diode (light emitting diode, LED), projiziert Licht im allgemeinen vertikal durch die Fußbohrung 20. Der Abtrag kann beendet werden, wenn die Oberfläche des Objektes 10 perforiert ist, oder kurz vor der Perforierung, wenn die Oberfläche des Objektes 10 ausreichend transparent ist, so daß das Licht aus der Quelle 52 durch das Objekt 10 und das Fenster 46 gelangt und auf einen Photodetektor 48 auftrifft. Der Photodetektor 48 kann mittels geeigneter Schaltung (nicht gezeigt) an geschlossen sein, um den Strom zu den Ionenpistolen 36 abzuschalten, wenn er einen bestimmten Lichtschwellenwert nachweist.
Der Sektorionenabtrag kann durchgeführt werden, indem der Strom zu den Ionenpistolen 36 so gesteuert wird, daß Strom immer dann zugeführt wird, wenn die Objekthalterung in eine Position gedreht wird, bei der eine Visierlinie zu der Oberfläche des Objektes 20 freigehalten wird, und der Strom immer dann abgeschaltet wird, wenn die Trägerarme 12 aufgrund der Rotation in den Strahlengang der Ionenstrahlen gelangen. Dadurch wird die Objektverunreinigung durch Sputtering bzw. Herauslösen von Metall aus den Trägerarmen oder dem Fuß vermindert, die zugeführte Wärme wird vermindert, und es werden Objekte hoher Qualität für die Analyse bereitgestellt.
Obwohl bestimmte repräsentative Ausführungsformen und Details zum Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung gezeigt worden sind, ist es dem Fachmann offensichtlich, daß verschiedene Änderungen in den hier beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, der in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

1. Objekthalterung für zweiseitigen Ionenabtrag, umfassend einen Fuß (18) und eine Vorrichtung zum Befestigen eines Objektes (10) an dem Fuß, dadurch gekennzeichnet, daß der Fuß (18) mindestens einen sich erstreckenden Objektträgerarm (12) umfaßt, der so ausgebildet ist, daß er mit einer peripheren Kante (104) eines Objektes (10), das erste und zweite Hauptflächen (100, 102) aufweist, derart in Eingriff steht, daß mindestens ein Teil der peripheren Kante des Objektes von dem Trägerarm nicht eingespannt und von dem Fuß in Abstand gehalten ist und, daß er Mittel (16) umfaßt, um das Objekt (10) an dem mindestens einen Objektträgerarm (12) sicher zu befestigen.

2. Objekthalterung nach Anspruch 1, umfassend eine Mehrzahl von Objektträgerarmen (12), die sich von dem Fuß (18) erstrecken.

3. Objekthalterung nach Anspruch 2, wobei der mindestens eine Objektträgerarm (12) eine Ausnehmung (14) umfaßt, um mit der peripheren Kante (104) des Objektes (10) in Eingriff zu stehen, wobei die Tiefe der Ausnehmung geringer ist als die Höhe des Objektes.

4. Objekthalterung nach Anspruch 1, wobei das Befestigungsmittel (16) Wachs umfaßt.

5. Objekthalterung nach Anspruch 4, wobei das Wachs ein Kohlenwasserstoffwachs mit niedrigem Schmelzpunkt ist.

6. Objekthalterung nach Anspruch 3, wobei das Befestigungsmittel (16) Wachs umfaßt, und das Wachs in der Ausnehmung (14) angebracht ist.

7. Objekthalterung nach Anspruch 1, wobei das Befestigungsmittel eine Klemme (30) ist.

8. Objekthalterung nach Anspruch 7, wobei die Klemme eine Klemmoberfläche (22) umfaßt, um mit der peripheren Kante (104) des Objektes (10) in Eingriff zu stehen, einen Pfeiler (24), der sich von der Klemmoberfläche erstreckt, und eine Feder (26) auf dem Pfeiler umfaßt, um die Klemmoberfläche gegen den Objektträgerarm (12) vorzuspannen.

9. Objekthalterung nach Anspruch 1, wobei das Befestigungsmittel eine Klemmoberfläche (20) umfaßt, um mit der peripheren Kante des Objektes in Eingriff zu stehen, und eine Schraube (28) umfaßt, die sich durch die Klemmoberfläche erstreckt, um die Klemmoberfläche an dem Objektträgerarm (12) zu befestigen.

10. Objekthalterung nach Anspruch 1, wobei das Befestigungsmittel eine C-förmige Klemme (30) umfaßt, die eine Klemmoberfläche (22) aufweist, um mit der peripheren Kante (104) des Objektes in Eingriff zu stehen und einen Basisteil umfaßt, der sich um die Klemme herum erstreckt und diese an dem Objektträgerarm (12) befestigt.

11. Objekthalterung nach Anspruch 1, wobei durch den Fuß eine Bohrung (20) verläuft.

12. Objekthalterung nach Anspruch 1, wobei der mindestens ein Objektträgerarm (92) einen ersten Teil (120), der sich seitlich von dem Fuß weg erstreckt, einen zweiten aufragenden Teil (122), und einen dritten Teil (124), der sich seitlich zu dem Fuß (18) hin erstreckt, umfaßt.

13. Objekthalterung nach Anspruch 12, umfassend eine Ausnehmung (14) in dem dritten Teil (124) des mindestens einen Trägerarmes (12), um mit der peripheren Kante (104) des Objektes in Eingriff zu stehen, wobei die Tiefe der Ausnehmung kleiner ist als die Höhe des Objektes (10).

14. Objekthalterung nach Anspruch 12, umfassend eine Mehrzahl von Objektträgerarmen (12), die sich von dem Fuß (18) erstrecken.

15. Vorrichtung zum zweiseitigen Ionenabtrag, umfassend eine Vakuumkammer (34) und eine Vorrichtung (44), um innerhalb der Kammer ein Vakuum bereitzustellen, eine Objekthalterung innerhalb der Kammer, um ein abzutragendes Objekt (10) zu halten, und eine Mehrzahl an Ionenpistolen (36) innerhalb der Kammer, wobei mindestens eine der Pistolen so angeordnet ist, daß sie einen Ionenstrahl auf eine erste Seite des Objektes bereitstellt und mindestens eine andere der Pistolen so angeordnet ist, daß sie einen Ionenstrahl auf eine zweite Seite des Objektes bereitstellt, wobei die Mehrzahl der Pistolen so einstellbar ist, daß sehr niedrige Abtrageinfallswinkel bis zu 0º bereitgestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Objekthalterung einen Fuß (18) umfaßt, der mindestens einen sich erstreckenden Objektträgerarm (12) aufweist, der so angepaßt ist, daß er mit einer peripheren Kante (104) des Objektes (10) im Eingriff steht, so daß mindestens ein Teil der peripheren Kante des Objektes durch den Trägerarm nicht eingespannt ist und in Abstand von dem Fuß angeordnet ist, und Mittel (16) zum sicheren Befestigen des Objektes (10) an mindestens einen Objektträgerarm (12) umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, umfassend eine Mehrzahl von Objektträgerarmen (12), die sich von dem Fuß (18) erstrecken.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der mindestens eine Objektträgerarm (12) eine Ausnehmung (14) umfaßt, um mit der peripheren Kante (104) des Objektes in Eingriff zu stehen, wobei die Tiefe der Ausnehmung geringer ist als die Höhe des Objektes.

18. Verfahren zum zweiseitigen Ionenabtrag von Objekten, das die Schritte umfaßt, daß man ein Objekt (10) mit abzutragenden ersten und zweiten Hauptflächen (100, 102) und einer peripheren Kante (104) in einer Vakuumkammer bereitstellt und das Objekt so sicher befestigt, daß mindestens ein Teil der peripheren Kante nicht eingespannt ist, daß man die Kammer unter Ausbildung eines Vakuums evakuiert, und Ionenabtrag des Objektes mittels eines Abtragwinkels von bis zu 0º, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Ionenabtrags des Objektes auf seinen beiden Hauptflächen gleichzeitig durchgeführt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, umfassend das Rotieren des Objektes während des Ionenabtrags.

20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Objekt (10) durch einen Halteträger befestigt wird, der mindestens einen sich erstreckenden Objektträgerarm (12) aufweist und wobei der Ionenabtrag mit einer Mehrzahl von Ionenpistolen (36) durchgeführt wird, wobei das Verfahren den Schritt umfaßt, daß die Energie der Ionenpistolen immer dann abgeschaltet, wird, wenn der Trägerarm in den Strahlengang des Ionenstrahls, der von den Ionenpistolen ausgeht, gedreht wird.