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Dokumentenidentifikation DE60313282T2 27.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001455380
Titel Vorrichtung für geladene Teilchen mit Reinigungseinheit und Verfahren zu deren Betrieb
Anmelder ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH, 85551 Kirchheim, DE
Erfinder Jasinski, Thomas, 81245 München, DE
Vertreter Zimmermann & Partner, 80331 München
DE-Aktenzeichen 60313282
Vertragsstaaten DE, GB, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 03.03.2003
EP-Aktenzeichen 030046650
EP-Offenlegungsdatum 08.09.2004
EP date of grant 18.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse H01J 37/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01J 37/30(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen für Kontroll- bzw. überwachungssystemanwendungen, Testsystemanwendungen, Lithographiesystemanwendungen, Elektronenmikroskope und dergleichen. Außerdem betrifft sie Verfahren zum Betreiben dieser Vorrichtung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen, die ein Reinigungssystem aufweist. Speziell betrifft sie ein Emittermodul, eine Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen und ein Verfahren zum Reinigen und Betreiben einer Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Geräte für einen Strahl geladener Teilchen werden in mehreren Bereichen gewerblicher Tätigkeit verwendet. Die Prüfung bzw. Kontrolle von Halbleiterbauelementen während der Herstellung, Belichtungssysteme für die Lithographie, Detektionsvorrichtungen und Testsysteme sind nur einige dieser Bereiche.

Im Allgemeinen gibt es eine starke Nachfrage nach einem Strukturieren und Prüfen von Objekten im Mikrometer- oder Nanometerbereich. Bei derart kleinen Größenordnungen erfolgen Prozessüberwachung, Prüfung oder Strukturierung oftmals mit Strahlen geladener Teilchen, z.B. Elektronenstrahlen, die in Vorrichtungen für einen Strahl geladener Teilchen, wie etwa Elektronenmikroskopen oder Elektronenstrahlmustergeneratoren, erzeugt und fokussiert werden. Strahlen geladener Teilchen bieten aufgrund ihrer kurzen Wellenlängen eine höhere räumliche Auflösung als z.B. Photonenstrahlen.

Im Allgemeinen werden Vorrichtungen für einen Strahl geladener Teilchen unter Vakuumbedingungen betrieben, um z.B. eine Ionisierung von Gasen in der Umgebung zu vermeiden. Trotzdem führen Elektronen, die auf Bauteiloberflächen der Vorrichtung wie Extraktoren, Anoden, Aperturblenden oder die Kammerwand auftreffen, zu einer Emission von Fremdstoffen. Folglich wird ein Schwall Restgas erzeugt. Das Restgas enthält Moleküle, die von Elektronen getroffen werden können. Dadurch können Ionen, ionisierte Moleküle und weitere Teilchen erzeugt werden. Im Fall von Ionen und ionisierten Molekülen, die eine Ladung aufweisen, die zu der Ladung der von einem Emitter emittierten, geladenen Teilchen entgegengesetzt ist, werden die Ionen und ionisierten Moleküle in dem Restgas zum Emitter beschleunigt. Infolge des Auftreffens der Ionen und ionisierten Moleküle oder dieser Teilchen kann der Emitter mechanisch verformt werden oder diese Teilchen können auf dem Emitter abgelagert werden. Dadurch wird Emitterrauschen eingebracht.

Gemäß einer bekannten Lösung wird eine Vorbehandlung durchgeführt. Ein entsprechendes Gerät, in 4 gezeigt, wird im Folgenden beschrieben. In 4 ist eine emittierende Einheit mit einem Draht 12 und einem Feldemitter 14 gezeigt. Wenn zwischen dem Emitter und dem Extraktor 8 Hochspannungen anliegen, emittiert der Feldemitter geladene Teilchen, z.B. Elektronen längs der optischen Achse 1. Ferner sind eine Anode 6 und eine Aperturblende 7 vorgesehen. Diese Vorrichtungen werden benutzt, um eine breit gestreute Emission zu vermeiden, für eine Beschleunigung der geladenen Teilchen und für eine Strahlformung. Ferner kann die Kondensorlinse 4 benutzt werden, um die Elektronenquelle oder einen Strahl-Crossover, der als virtuelle Elektronenquelle wirkt, abzubilden.

Bevor die Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen betrieben wird, muss sie evakuiert werden. Nachdem eine bestimmte Vakuumstufe erreicht worden ist, flutet eine Hochstrom-Elektronenkanone 42 die Kammer mit Elektronen. Die emittierten Elektronen, die auf den Wänden oder anderen Oberflächen von Teilen der Säule auftreffen, und zusätzliche Wärme lösen flüchtige Moleküle von den Oberflächen der Säule ab. Dadurch wird Restgas erzeugt. Das Restgas wird durch Vakuumpumpen aus der Kammer herausgepumpt.

Demzufolge wird bei diesem Reinigungsschritt Restgas in Form von Molekülen, die an Säulenoberflächen angelagert sind, aus der Säule herausgepumpt, bevor die vorgesehene Verwendung der Vorrichtung für geladene Teilchen beginnt. Einerseits beschädigen Ionen, die während des Reinigungsschritts erzeugt werden, den Feldemitter 14 nicht und werden kaum darauf abgelagert. Andererseits werden die Moleküle und Ionen, die während der vorgesehenen Verwendung den Feldemitter möglicherweise beschädigen, aus der Kammer herausgepumpt.

Die bekannte Lösung ist jedoch nicht zufriedenstellend.

Das Dokument JP 55-33 719 beschreibt ein Verfahren zum Reinigen eines Wehnelt-Zylinders, der im Vakuum untergebracht ist, ohne jegliche Demontagearbeiten, durch ein Verfahren, das ein direktes oder indirektes Heizen mindestens eines Aperturblendenrands des Wehnelt-Zylinders ermöglicht. Das Verfahren kann wie folgt beschrieben werden: Installiere ein Paar elektrisch leitende Haltestifte in bestimmten Abständen auf einem isolierten Trägermaterial und stelle eine LaB6-Kathode bereit, die zwischen diesen Haltestiften mittels eines Wärme erzeugenden Blocks, wie etwa Pyrographit usw. gehalten wird. Befestige den Wärme erzeugenden Block und die Kathode durch Pressen aneinander, um sie in dieser Anordnung mit einer Schraube zusammenzuhalten. Installiere außerdem auf dem Trägermaterial ein Paar elektrisch leitende Haltestifte, die aus Nickel und dergleichen hergestellt sind und eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen, und stelle zwischen den Spitzen der elektrisch leitenden Stifte und nahe der Elektrode ein Filament bereit, das zur Elektronenstrahl-Bestrahlung benutzt werden soll. Das Filament sollte in diesem Fall aus Phenium (Rhenium) usw. hergestellt sein und bei einer hohen Temperatur keine Reaktionen mit der Kathode eingehen. Mittels dieser Vorrichtung kann ein Reinigen des Wehnelt-Zylinders durchgeführt werden, ohne Demontagearbeiten zu erfordern.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung werden ein Emittermodul gemäß dem unabhängigen Anspruch 1, eine Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen gemäß dem Anspruch 9 und ein Verfahren zum Reinigen und Betreiben einer Vorrichtung für geladene Teilchen gemäß dem unabhängigen Anspruch 10 geschaffen.

Gemäß einer Ausführungsform wird ein Emittermodul zum Emittieren von Strahlen geladener Teilchen geschaffen. Das Emittermodul umfasst einen Trägerkörper, der Hochspannungsdurchführungen von der Umgebung isoliert. Ferner umfasst der Emitter einen Emitter eines Strahls geladener Teilchen, der geladene Teilchen entlang einer optischen Achse emittiert, und einen Reinigungsemitter, der geladene Teilchen ungefähr entlang derselben optischen Achse emittiert.

Folglich kann der Raum für einen separaten Reinigungsemitterhalter und eine elektrische Durchführung vermieden werden. Über die einfache und platzsparende Integration eines Reinigungsemitters hinaus wird das Reinigen insbesondere an relevanten Oberflächen durchgeführt, da die Reinigungsemission den gleichen Weg durch die Säule nimmt. Außerdem kann der Emitter für die vorgesehene Verwendung gereinigt werden, und es könnte eine Säulenausrichtung durchgeführt werden, die von dem Reinigungsemitter Gebrauch macht.

Gemäß einem Aspekt ist der Reinigungsemitter hinter dem Emitter geladener Teilchen positioniert.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Reinigungsemitter ein thermischer Elektronenemitter, wahlweise mit einer Dicke von 50 &mgr;m bis 500 &mgr;m. Der Reinigungsemitter ist ferner wahlweise aus Wolfram oder Wolframdraht hergestellt.

Folglich können während des Reinigens starke Ströme, bis zum mA-Bereich, geliefert werden. Dadurch wird der Reinigungsprozess beschleunigt.

Die oben erwähnten Aspekte können, obgleich sie nicht darauf beschränkt sind, für Vorrichtungen für einen Strahl geladener Teilchen mit Feldemittern für die vorgesehene Verwendung gelten.

Das Restgas, das insbesondere bei den starken elektrischen Feldern aufgrund hoher Potenziale und des kleinen Krümmungsradius der Emitterspitze Probleme bereitet, ist vermindert, da zuvor eine verbesserte Reinigung durchgeführt worden ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen geschaffen, welche die oben beschriebenen Aspekte der Emittermodule nutzt. Ferner könnten dadurch Strahlformungsmittel wie Aperturblenden, Stigmatoren oder dergleichen; Führungsmittel wie Extraktoren, Ablenkstufen oder dergleichen; Abtastmittel und/oder Fokussierungsmittel wie Kondensorlinsen und/oder Objektivlinsen oder dergleichen in der Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen benutzt werden.

Außerdem wird ein Verfahren zur Verwendung einer Vorrichtung für geladene Teilchen geschaffen. Dadurch werden geladene Teilchen mit einem Reinigungsemitter ungefähr entlang einer optischen Achse emittiert. Ferner werden Moleküle, Atome und Ionen aus der Kammer der Vorrichtung für geladene Teilchen herausgepumpt. Während der vorgesehenen Verwendung werden geladene Teilchen entlang derselben optischen Achse mit einem Emitter für geladene Teilchen emittiert.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird das Vakuum in der Vorrichtung für geladene Teilchen überwacht, und die vorgesehene Verwendung wird in Abhängigkeit vom Vakuumdruck gestartet.

Gemäß einem weiteren Aspekt werden verschiedene Verfahren zum Anlegen von Spannungen während der Reinigung und der vorgesehenen Verwendung ausgeführt. Dadurch wird der Emitter eines Strahls geladener Teilchen (für die vorgesehene Verwendung) während der Reinigung nicht unter Spannung gesetzt und wird während der vorgesehenen Verwendung unter Spannung gesetzt. Ferner können während der Reinigung Bauteile, welche die Strahlform und die Beschleunigung geladener Teilchen beeinflussen, entweder in einer der vorgesehenen Verwendung ähnlichen Weise benutzt werden oder können so benutzt werden, dass während der Reinigung ein größerer Oberflächenbereich als bei der vorgesehenen Verwendung von Elektronen getroffen wird.

Die Erfindung ist außerdem auf ein Gerät zum Durchführen der offenbarten Verfahren ausgerichtet, das Geräteteile zum Ausführen jedes der beschriebenen Verfahrensschritte enthält. Diese Verfahrensschritte können mittels Hardware-Komponenten, eines durch geeignete Software programmierten Computers, durch irgendeine Kombination aus beiden oder auf irgendeine andere Art und Weise ausgeführt werden. Außerdem ist die Erfindung auch auf Verfahren ausgerichtet, durch welche die beschriebene Vorrichtung betrieben oder hergestellt wird. Sie schließt Verfahrensschritte zum Durchführen jeder Funktion der Vorrichtung ein.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Einige der oben angegebenen und weitere, stärker auf Einzelheiten eingehende Aspekte der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung beschrieben und unter Bezugnahme auf die Figuren zum Teil veranschaulicht. Wie sie hier gebraucht werden, repräsentieren gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren gleiche oder äquivalente Merkmale der vorliegenden Erfindung. Es zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen, die von der vorliegenden Erfindung Gebrauch macht;

2 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Elektronenstrahlvorrichtung gemäß der Erfindung;

3a eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Emitterreinigungsfilamentmoduls gemäß der Erfindung;

3b eine schematische Perspektivansicht von 3a;

3c bis 3e schematische Ansichten von Beispielen für Reinigungsemitterfilamentmodule; und

4 eine schematische Seitenansicht eines den Stand der Technik darstellenden Beispiels für eine Elektrodenstrahlvorrichtung mit einem Reinigungsemitter.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Ohne den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung zu beschränken, wird im Folgenden die Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen beispielhaft als Elektronenstrahlvorrichtung bezeichnet. Die vorliegende Erfindung kann dennoch auf Geräte angewendet werden, die andere Quellen geladener Teilchen benutzen.

1 zeigt eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Im Allgemeinen werden Elektronenstrahlvorrichtungen unter Vakuumbedingungen betrieben. Dafür ist eine Vakuumpumpe mit einem Anschluss jeder Kammer der Vorrichtung verbunden. Infolgedessen werden Gasmoleküle, die durch den Elektronenstrahl ionisiert werden könnten, aus der Vorrichtung herausgepumpt. Ohne den Anwendungsbereich der Erfindung auf Systeme mit mehreren Kammern zu beschränken, ist die Vorrichtung gewöhnlich in verschiedene Kammern unterteilt. Beispielsweise hat das Vakuum, das für einen Betrieb einer Elektronenkanone erforderlich ist, einen niedrigeren Druck als das Vakuum, das nahe bei einem Objekt erforderlich ist. Dementsprechend ist es üblich, mindestens eine Kanonenkammer, eine Kammer für weitere Strahlführungsmittel in der Säule und eine Objektkammer vorzusehen. Die Vakuumpumpen werden die meiste Zeit über betrieben, um Moleküle, die während der Montage der Elektronenstrahlvorrichtung, während einer Wartung, durch Lecks und durch Einbringen eines neuen Objekts in eine der Kammern gelangen, aus der Kammer herauszupumpen. Bevor die vorgesehene Verwendung der Vorrichtung beginnt, müssen die Kammern evakuiert werden, bis ein bestimmter Druckbereich erreicht ist.

Während der vorgesehenen Verwendung, z.B. Prüfen, Abbilden, Testen oder Strukturieren des Objekts 2, emittiert der Elektronenstrahlemitter 15 einen Elektronenstrahl entlang der optischen Achse 1. Infolgedessen ist der Begriff „vorgesehene Verwendung" als Durchführen von Messungen oder Strukturieren z.B. zum Prüfen, Abbilden, Testen oder Strukturieren für die Lithographie oder dergleichen, welchen Zweck auch immer die Elektronenstrahlvorrichtung hat, zu verstehen. Im Gegensatz dazu bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Reinigungsschritte, Ausrichtungsschritte(Alignierungsschritte), Kalibrierungsschritte oder dergleichen als Wartungsarbeiten.

Der emittierte Elektronenstrahl wird ferner mit den folgenden Bauteilen geführt. Die Elektronen werden durch eine erste Extraktionselektrode extrahiert und entlang der optischen Achse 1 zum Objekt beschleunigt. Es könnte ein erster elektrostatischer Kondensor 4 benutzt werden, um den Elektronenstrahl zu fokussieren. Bei thermischen Emittern könnte ein Wehnelt-Gitter 9 (oder Wehnelt-Zylinder) benutzt werden, der auf ein geringfügig negativeres Potenzial als der Emitter selbst vorgespannt ist. Folglich bewegen sich die Elektronen nicht in willkürliche Richtungen gegenüber der optischen Achse. Stattdessen bewegen sich die Elektronen entlang der optischen Achse und werden fokussiert. Der Extraktor 8 und die Anode 6 haben z.B. ein Potenzial von 3 kV in Bezug auf den Emitter. Dadurch werden Elektronen von dem Elektronenstrahlemitter zum Objekt 2 beschleunigt. Die Kondensorlinse 4 und die Aperturblende 7 werden benutzt, um den Elektronenstrahl weiter zu formen. Außerdem wird in Abhängigkeit von der Stärke des fokussierenden Feldes des Kondensors 4 mehr oder weniger von dem Elektronenstrahl durch die Aperturblende 7 ausgeblendet. Folglich kann der Strahlstrom, der auf das Objekt angewendet wird, mit der Stärke des fokussierenden Feldes des Kondensors eingestellt werden.

Die Objektivlinse 5 fokussiert den Elektronenstrahl auf das Objekt 2. Dadurch kann ein Elektronenstrahlfleck von wenigen Nanometern erzielt werden. Dieser Strahlfleck kann entweder benutzt werden, um das Objekt abzubilden oder ein Muster auf dieses zu schreiben. Es können weitere (nicht gezeigte) Bauteile zum Ablenken des Strahls, Einstellen der Strahllage relativ zur optischen Achse 1 oder Führen des Strahls über einen Bereich des Objekts benutzt werden. Ferner kann das Objekt, das sich auf einem Objektträger 3 befindet, in zwei Dimensionen in Bezug auf die optische Achse bewegt werden, indem der Objektträger bewegt wird.

Wie im „Allgemeinen Stand der Technik" beschrieben ist, bewirken jedoch Elektronen, die auf irgendwelche Bauteile wie ein Wehnelt-Gitter, den Extraktor 8, die Anode 6 oder dergleichen aufprallen, die Freisetzung von Molekülen von den von Elektronen getroffenen Oberflächen. Dadurch wird ein Schwall Restgas erzeugt. Dieses Restgas kann durch den Elektronenstrom ionisiert werden. Positiv geladene Ionen des ionisierten Restgases werden zum Emitter 15 beschleunigt. Die auf hohe Energien beschleunigten Ionen können entweder sich auf dem Elektronenstrahlemitter ablagern oder den Emitter mechanisch verformen. Damit wird der Elektronenstrahlstrom durch diese Ionen beeinflusst und es treten ein Stromrauschen und/oder eine Beschädigung des Emitters auf.

Folglich ist vor der oben beschriebenen vorgesehenen Verwendung eine Vorbehandlung der Elektronenstrahlvorrichtung erforderlich. Infolgedessen wird der Reinigungsemitter 16 benutzt, um Elektronen zu erzeugen. Diese Elektronen treffen ebenfalls auf den Oberflächen des Wehnelt-Zylinders 9, des Extraktors 8, der Anode 6 und weiterer Bauteile auf. Das erzeugte Restgas kann mit Vakuumpumpen aus der Vorrichtung herausgepumpt werden. Anders als bei der vorgesehenen Verwendung ist der Elektronenstrahlemitter 15 während des Reinigungsvorgangs nicht negativ vorgespannt. Folglich werden Ionen aus dem ionisierten Restgas nicht direkt zum Elektronenstrahlemitter 15 beschleunigt.

Im Gegensatz zu der bekannten Lösung, die zuvor mit Bezug auf 4 beschrieben wurde, erfordert die Reinigungselektrode 16 keinen zusätzlichen Raum in der Vorrichtung. Außerdem bewegen sich Elektronen, die durch den Reinigungsemitter emittiert werden, damit sie die Oberflächen reinigen, ungefähr entlang der optischen Achse 1. Dadurch werden vor allem die Oberflächen gereinigt, die während der vorgesehenen Verwendung von dem Elektronenstrahl getroffen werden könnten. Folglich konzentriert sich der Reinigungsschritt auf die Oberflächen, die für die vorgesehene Verwendung von Bedeutung sind.

Dies wird mit Bezug auf 2 ausführlicher erläutert. In 2 sind zwei Kammern der Elektronenstrahlvorrichtung gezeigt, nämlich die Kanonenkammer 10a und eine weitere Kammer 10b. In dem Fall, in dem eine Elektronenkanone 42 (siehe 4) benutzt werden würde, würde nur ein Gesichtsfeld der Bauteile, das während der vorgesehenen Verwendung von Elektronen getroffen werden könnte, gereinigt. Falls die Elektronenkanone 42 ähnlich wie in 4 angeordnet wäre, würden z.B. die Oberseite des Extraktors 8 und der Aperturblende 7 nicht durch direktes Auftreffen von Elektronen gereinigt werden. Ferner ist ein Reinigen von Bauteilen außerhalb der Kanonenkammer 10 schwieriger. Die Oberflächen des Extraktors 8, der Anode 6, der Aperturblende 7 und dergleichen sind besonders kritisch, was die Erzeugung von Restgas während der vorgesehenen Verwendung anbelangt.

Folglich macht ein Positionieren des Reinigungsemitters ungefähr auf der optischen Achse ein Reinigen aller relevanten Oberflächen möglich. Dabei ist der Begriff „ungefähr" so zu verstehen, dass der Reinigungsemitter im Wesentlichen auf der optischen Achse 1 angeordnet ist. Es finden geringfügige seitliche Verschiebungen von der optischen Achse, vorzugsweise von weniger als 2 mm, insbesondere von weniger als 0,5 mm, Anwendung.

Die Position des Reinigungsemitters 16 ist in 1 und 2 über dem Elektronenstrahlemitter 15. Folglich befindet sich aus einer Perspektive des Objekts in Richtung auf die Emitter der Reinigungsemitter hinter dem Elektronenstrahlemitter für die vorgesehene Verwendung. Ferner würde sich aus einer Perspektive des Elektronenstrahlemitters 15 (12 + 14) in Richtung auf das Objekt der Reinigungsemitter 16 hinter dem Elektronenstrahlemitter befinden. Folglich ist der Ausdruck „Reinigungsemitter 16 befindet sich hinter dem Elektronenstrahlemitter 15" so zu verstehen, dass die zwei Emitter in Bezug aufeinander ungefähr entlang einer Achse positioniert sind, wodurch ein Elektronenstrahl, der während der vorgesehenen Verwendung zu dem Objekt emittiert wird, nicht den anderen Emitter durchlaufen muss, wohingegen Elektronen, die während des Reinigens zu dem Objekt emittiert werden, den anderen Emitter durchlaufen müssen.

Wie weiter oben schon beschrieben wurde, wird vor der vorgesehenen Verwendung ein Reinigungsschritt durchgeführt, der von dem Reinigungsemitter 16 Gebrauch macht. Dies ist nicht als Durchführen des Reinigungsschritts vor jeder Messung oder jedem Strukturierungsvorgang zu verstehen, sondern als Durchführen des Reinigungsschritts z.B. einmal nach der Montage, nach einer Wartung oder nach irgendeinem Vorgang, der eine Verunreinigung in das Innere der Vorrichtung einbringen könnte, bevor die vorgesehene Verwendung beginnt. Außerdem könnte der Reinigungsschritt regelmäßig angewendet werden, z.B. alle 100 bis 1000 Messungen, bevor die reguläre Verwendung beginnt. Demnach ist der Reinigungsschritt nur in dem Fall vor der vorgesehenen Verwendung erforderlich, in dem die Oberflächen, die während der vorgesehenen Verwendung vom Elektronenstrahl getroffen werden, mit Molekülen, Atomen, Ionen oder dergleichen verunreinigt sind. Jedoch kann gemäß einer anderen Verwendung des Reinigungsemitters der Reinigungsprozess ständig in Betrieb sein. Alternativ kann der Reinigungsprozess nur während der vorgesehenen Verwendung der Vorrichtung für geladene Teilchen deaktiviert sein. Folglich kann eine verbesserte Reinheit erzielt werden. Sofern die Reinigung während der vorgesehenen Verwendung deaktiviert ist, kann eine Beschleunigung von Ionen oder ionisierten Molekülen des Restgases zu beispielsweise einer Feldemitterspitze vermieden werden.

Wie oben schon beschrieben wurde, emittiert der Reinigungsemitter 16 während des Reinigungsschritts Elektronen, die auf die Oberflächen der Elektronenstrahlvorrichtung, nämlich auf das Wehnelt-Gitter 9, den Extraktor 8, die Anode 6, Teile des Gehäuses oder dergleichen auftreffen. Dadurch wird ein Schwall Restgas von den entsprechenden Oberflächen freigesetzt. Dieses Restgas wird dann aus der Kanonenkammer 10a, der Kammer 10b oder anderen Kammern der Vorrichtung herausgepumpt.

Infolgedessen muss ein weiterer Aspekt berücksichtigt werden. Wie in 2 gezeigt, ist der Elektronenstrahlemitter (12 + 14) für die vorgesehene Verwendung ein Feldemitter, der einen Draht 12 und eine Feldemitterspitze 14 umfasst. Im Allgemeinen ist die Feldemitterspitze 14 an den Draht 12 geschweißt. Für die Feldemission wird ein hohes Potenzial an den Feldemitter angelegt. Aufgrund des kleinen Krümmungsradius der Emitterspitze werden starke elektrische Felder erhalten. Dadurch können Elektronen aus der Emitterspitzen-Oberfläche austreten. Diese starken elektrischen Felder würden jedoch im Fall einer unzureichenden Reinigung der Kammer auch auf ionisierte Atome oder Moleküle einwirken. Aufgrund des kleinen Krümmungsradius würden die ionisierten Atome und Moleküle auf die Feldemitterspitze fokussiert werden. Folglich sind die präsentierte Reinigungs-Ausführungsform und das Verfahren zum Betreiben dieser bei Feldemittern besonders nützlich. Während des Betriebs des Reinigungsemitters 16 braucht der Feldemitter (12 + 14) nicht vorgespannt zu sein. Folglich gibt es keine auf die Emitterspitze 14 fokussierende Kraft, die auf die ionisierten Atome und Moleküle wirkt. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung der Reinigungseinheit bei Vorrichtungen mit Feldemittern beschränkt.

Ein weiterer Aspekt, der zu berücksichtigen ist, betrifft das Vorspannen der Bauteile, die die Emitter umgeben. Gemäß einer Verwendung der Reinigungseinheit sind der Emitter, das Wehnelt-Gitter 9, der Extraktor 8 und die Aperturblende 6 so vorgespannt, dass Elektronen vom Reinigungsemitter weniger als bei der vorgesehenen Verwendung beschleunigt werden. Dadurch wird auch die Beschleunigung ionisierter Atome und Moleküle reduziert. Folglich kann die Beschädigung, die durch die ionisierten Atome und Moleküle während des Reinigungsvorgangs hervorgerufen wird, vermindert werden. Angesichts des oben Dargestellten könnte die Verwendung eines thermischen Emitters als Reinigungsemitter vorteilhaft sein, da ein thermischer Emitter auf Spannungen von etwa einer Größenordnung unter den Spannungen, die für Feldemitter erforderlich sind, vorgespannt werden kann.

Jedoch werden gemäß einer weiteren Verwendung der Reinigungseinheit die entsprechenden Bauteile auf ähnliche Weise wie bei den Bedingungen während der vorgesehenen Verwendung vorgespannt. Dadurch werden die Elektronen des Reinigungsemitters 16 durch die Säule auf im Wesentlichen dem gleichen Weg und mit im Wesentlichen der gleichen Strahlform wie der Elektronenstrahl während der vorgesehenen Verwendung geleitet, da die Spannungen, die an den entsprechenden Bauteilen anliegen, den Elektronenstrahlengang und die Elektronenstrahlform beeinflussen. Folglich verstärkt das Anlegen von ähnlichen Spannungen und/oder Steuersignalen an die entsprechenden Bauteile die Reinigung jener Oberflächen, die während der vorgesehenen Verwendung von Elektronen getroffen werden. Demnach kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Reinigungsemitter auf Spannungen vorgespannt ist, die z.B. mit der Spannung eines Feldemitters 14, die während der vorgesehenen Verwendung anliegt, vergleichbar sind.

Einerseits können die zwei oben beschriebenen Verwendungen in Abhängigkeit von den Erfordernissen für eine beste vorgesehene Verwendung gewählt werden. Andererseits können die zwei Verwendungen in Bezug auf die an den entsprechenden Bauteilen anliegenden Spannungen so kombiniert werden, dass zuerst ein Reinigen eines großen Oberflächenbereiches durchgeführt wird und danach ein Reinigen der Oberflächen, die für die vorgesehene Verwendung am wichtigsten sind.

Mit Bezug auf 3a und 3b wird eine Ausführungsform eines Elektronenemitter-Reinigungsfilamentmoduls beschrieben. 3a zeigt eine Seitenansicht eines Emittermoduls. Das Emittermodul umfasst einen Trägerkörper 32. Der Trägerkörper umfasst isolierendes Material, um eine Isolierung für die Durchführung 34 der Hochspannungsdrähte bereitzustellen. Die Hochspannung für den Elektronenstrahlemitter 15 und den Reinigungsemitter 16 wird an Kontaktstifte 33 angelegt. Diese Kontaktstifte sind mit dem Draht 12 des Elektronenstrahlemitters 15 und mit dem Filament des Reinigungsemitters 16 verbunden. Wie in 3b gezeigt, ist der Elektronenstrahlemitter 15 für die vorgesehene Verwendung ein Feldemitter mit einer Feldemitterspitze 14, die mit dem Draht 12 verbunden ist. Der Reinigungsemitter 16 ist ein thermischer Emitter, der aus Wolfram, Lanthanhexaborid oder dergleichen hergestellt ist. Dadurch können starke Ströme erzielt werden. Deshalb hat ein Wolframfilament eine Dicke von mindestens 50 &mgr;m. Die Filamentdicke kann zwischen 50 &mgr;m und 500 &mgr;m sein. Vorzugsweise ist sie zwischen 100 &mgr;m und 200 &mgr;m. Folglich ist das Filament stark genug, um ein Heizen auf im Vergleich zu anderen Anwendungen von Wolframfilamenten hohe Temperaturen zu ermöglichen. Die starken Ströme, die dadurch erzielt werden, ermöglichen ein schnelles Reinigen.

Wie aus 3b ersichtlich ist, sind die Spitze des Filaments 16 und die Feldemitterspitze 14 eng beieinander angeordnet. Dadurch kann der Aspekt des Reinigens im Wesentlichen der gleichen Oberflächen während des Reinigungsprozesses wie jenen, die während der vorgesehenen Verwendung von Elektronen getroffen werden, weiter verbessert werden. Jedoch muss die Wärme, die während der Reinigung durch das Filament 16 freigesetzt wird, berücksichtigt werden. Da die Feldemitterspitze 14 im Allgemeinen an den Draht 12 geschweißt ist, könnte die Wärmeeinwirkung diese Verbindung beschädigen. Daher sollte der Abstand zwischen der Spitze des Reinigungsfilaments 16 und der Feldemitterspitze 14 zwischen 200 &mgr;m und 5 mm sein, wobei er vorzugsweise zwischen 500 &mgr;m und 2 mm ist.

Mit Bezug auf 3c bis 3e werden Beispiele für Reinigungsemittermodule beschrieben, die für das Verständnis der Erfindung nützlich sind. 3c zeigt ein Beispiel, das mit 3a vergleichbar ist. Jedoch ist der Wolframdraht des Reinigungsemitters 16 so geformt, dass zwei dem Elektronenstrahlemitter 15 benachbarte Spitzen ausgebildet sind. Folglich werden im Gegensatz zu der Ausführungsform von 3a die Reinigungselektronen nicht hinter dem Elektronenstrahlemitter 15 emittiert, sondern neben dem Elektronenstrahlemitter. Trotz der unterschiedlichen Geometrie bleiben alle Aspekte im Zusammenhang mit Abständen zwischen den zwei Emittern und Abständen zwischen der optischen Achse und den Reinigungsemittern gültig.

Das Gleiche gilt für das in 3d gezeigte Beispiel. Dort sind zwei Reinigungsemitter 16 vorgesehen. Wie in 3c befinden sich die Reinigungsemitter 16 neben dem Elektronenstrahlemitter 15. Im Unterschied zu 3c sind die zwei Reinigungsemitter über separate Drähte vorgespannt.

Ein weiteres Beispiel ist in 3e gezeigt. Dort sind zwei Abwandlungen im Vergleich zu den vorhergehenden Ausführungsformen und Beispielen veranschaulicht. Diese Abwandlungen, nämlich der Aufbau des Trägerkörpers und die Anordnung des Reinigungsemitters 16, können unabhängig voneinander mit anderen in der Anmeldung beschriebenen Beispielen kombiniert werden.

In 3e umfasst der Trägerkörper 32 drei Bauteile 32a, 32b und 32c. Diese Bauteile sind jedoch so angeordnet, dass sie einen Trägerkörper bilden, der z.B. bei einer Wartung einer Elektronenstrahlvorrichtung in einem Stück ausgetauscht werden kann. Folglich kann der Trägerkörper aus einer einteiligen Einheit mit Durchführungen 34 für z.B. den Emitterdraht hergestellt sein, er kann aus mehreren Teilen mit Durchführungen hergestellt sein oder er kann aus mehreren Teilen mit Durchführungen an den Schnittflächen der einzelnen Teile hergestellt sein.

In 3e ist ein Reinigungsemitter 16 in Form eines Ringes um die Feldemitterspitze 14 vorgesehen. Folglich können Reinigungselektronen über einen weiten Bereich in der Umgebung der optischen Achse emittiert werden. Folglich können viele Reinigungselektronen nahe bei der optischen Achse geliefert werden. Der Radius des Reinigungsemitterringes kann im Bereich von 100 &mgr;m bis 2 mm sein, wobei er vorzugsweise zwischen 200 &mgr;m und 0,5 mm ist.

Die Begriffe und Ausdrücke, die hier gebraucht worden sind, sind beschreibend und nicht beschränkend verwendet worden, und es ist nicht beabsichtigt, bei dem Gebrauch derartiger Begriffe und Ausdrücke irgendwelche Entsprechungen von dargestellten und beschriebenen Merkmalen oder Teilen davon auszuschließen. Nachdem also die Erfindung ausführlich beschrieben worden ist, sollte offensichtlich sein, dass verschiedene Abwandlungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche abzukommen.

Im Allgemeinen sorgt die Bereitstellung eines Reinigungsfilaments, das in dasselbe Emittermodul integriert ist, das für die Emission geladener Teilchen während der vorgesehenen Verwendung benutzt wird, für eine Reinigung, die gegenüber bekannten Lösungen verbessert ist.


Anspruch[de]
Emittermodul zum Emittieren von Strahlen geladener Teilchen, beinhaltend:

ein Trägerkörper (32) mit einem isolierenden Material;

ein Emitter (15) eines Strahls geladener Teilchen, der angepasst ist, geladene Teilchen in einer Emissionsrichtung entlang einer optischen Achse (1) zu emittieren, wobei der Emitter eines Strahls geladener Teilchen mechanisch mit dem Trägerkörper verbunden ist, und;

ein Reinigungsemitter, der angepasst ist, geladene Teilchen ungefähr entlang der optischen Achse (1) zu emittieren, wobei der Reinigungsemitter mechanisch mit dem Trägerkörper verbunden ist und im Bezug auf die Emissionsrichtung hinter dem Emitter (15) eines Strahl geladener Teilchen positioniert ist.
Emittermodul gemäß Anspruch 1, wobei der Trägerkörper zumindest zwei Komponenten enthält. Emittermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Trägerkörper (32) so angeordnet ist, dass die Handhabung in einem Stück möglich ist. Emittermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Reinigungsemitter ein thermischer Elektronenemitter ist. Emittermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Filament des Reinigungsemitters (16) eine Dicke von 50 &mgr;m bis 500 &mgr;m hat. Emittermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Reinigungsemitter ein Wolframemitter ist. Emittermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Emitter eines Strahls geladener Teilchen ein Feldemitter ist. Emittermodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Reinigungsemitter (16) und der Emitter (15) eines Strahls geladener Teilchen im Bezug auf die optische Achse (1) fest montiert sind. Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen zum Emittieren von geladenen Teilchenstrahlen, beinhaltend:

ein Emittermodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8;

eine Strahlformungsapertur (7); und

eine Objektivlinse (5) zum Fokussieren des Strahls geladener Teilchen auf ein Spezimen (2).
Verfahren zum Reinigen und Betreiben einer Vorrichtung für geladene Teilchen, mit den Schritten:

a) Emittieren geladener Teilchen ungefähr entlang einer optischen Achse mit einem Reinigungsemitter, wobei der Reinigungsemitter in einer Kanonenkammer der Vorrichtung für geladene Teilchen angeordnet ist im Bezug auf eine Emissionsrichtung hinter einem Emitter von Strahlen geladener Teilchen positioniert ist;

b) Pumpen von Molekülen, Atomen und Ionen aus der Vorrichtung für geladene Teilchen;

c) Emittieren von geladenen Teilchen in der Emissionsrichtung auf ein Spezimen entlang der optischen Achse mit dem Emitter eines Strahls geladener Teilchen, wobei der Emitter eines Strahls geladener Teilchen in der Kanonenkammer der Vorrichtung für geladene Teilchen angeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 10, weiter beinhaltend den Schritt des:

d) überwachen des Vakuumdrucks in der Kammer, wobei in Abhängigkeit des Vakuumdrucks Schritt c) gestartet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei Schritt a) den Schritt beinhaltet:

a1) heizen eines Filaments des Reinigungsemitters.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei Schritt a) den Schritt beinhaltet:

a2) unter Spannung setzen eines Extraktors und einer Anode.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei Schritt c) den Schritt beinhaltet:

c1) unter Spannung setzen eines Feldemitters, des Extraktors und der Anode.






IPC
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B Arbeitsverfahren; Transportieren
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