DE102008009640A1

DE102008009640A1 - Prozessierungssystem

Info

Publication number: DE102008009640A1
Application number: DE200810009640
Authority: DE
Inventors: Emmerich Dr. Bertagnolli; Heinz Dr. Wanzenböck; Wolfram Dr. Bühler; Camille Dr. Stebler; Ulrike Zeile; Alexander Rosenthal
Original assignee: Carl Zeiss NTS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss NTS GmbH
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2009-08-27
Also published as: EP2091066B1; US8939108B2; EP2091066A3; EP2091066A2; US20130098292A1; US20150114294A1; US20100024730A1

Abstract

Es wird ein Prozessierungssystem zum Prozessieren eines Objekts (3) bereitgestellt, welches dazu ausgebildet ist, einen ersten Energiestrahl, insbesondere einen Elektronenstrahl (11), und einen zweiten Energiestrahl, insbesondere einen Ionenstrahl (21), auf einen Fokussierungsbereich (29) zu fokussieren, in welchem ein zu prozessierendes Objekt (3) anordenbar ist. Eine Prozessierungskammerwand (35), welche zwei Öffnungen (38, 39) zum Durchtritt beider Energiestrahlen und einen Anschluss (37) zum Zuführen eines Prozessgases umfasst, grenzt eine Prozessierungskammer (45) von einer Vakuumkammer (2) des Prozessierungssystems ab. Ein Prozessieren des Objekts durch Aktivieren des Prozessgases durch einen der Energiestrahlen und ein Inspizieren des Objekts durch einen der Energiestrahlen ist bei verschiedenen Orientierungen des Objekts relativ zu einer Ausbreitungsrichtung der Energiestrahlen ermöglicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prozessierungssystem zum Prozessieren eines Objektes bei Anwesenheit eines Prozessgases. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Zweistrahlprozessierungssystem, welches mindestens zum Erzeugen und Fokussieren eines Paares von Energiestrahlen ausgelegt ist, welche einen Elektronenstrahl, einen Ionenstrahl oder einen Photonenstrahl umfassen. Das erfindungsgemäße Prozessierungssystem ist in Verfahren zur Materialbearbeitung durch Materialabscheidung aus Gasen, wie etwa CVD (Chemical Vapor Deposition), oder Materialabtragung unter Zuführung von Reaktionsgasen einsetzbar. In Prozessierungsverfahren des erfindungsgemäßen Prozessierungssystems wird ein Reaktionsgas durch den Elektronenstrahl oder den Ionenstrahl aktiviert, um zu einer Materialabscheidung oder zu einem Materialabtrag auf einem Bereich des zu bearbeitenden Objekts zu führen.
Ein herkömmliches Beobachtungs- und Bearbeitungssystem, welches ein elektronenmikroskopisches System und ein Ionenstrahlsystem umfasst, ist zum Beispiel aus US 6,855,938 B2 bekannt. Dabei sind Strahlachsen einer Ionenstrahlsäule und einer Elektronenstrahlsäule unter einem Winkel zueinander angeordnet und umfassen Fokussierungsoptiken zum Fokussieren des Ionenstrahls und des Elektronenstrahls auf einen Abtastbereich. Ein solches System kann zum Beispiel für eine Analyse einer bereits gefertigten Halbleiterstruktur verwendet werden. Bei senkrechtem Einfall des Ionenstrahls auf die Halbleiterstruktur kann beispielsweise ein Graben in die Struktur geschnitten werden und mit dem schräg zu dem Ionenstrahl verlaufenden Elektronenstrahl kann eine Seitenwand des Grabens beobachtet werden. Damit kann beispielsweise eine Schichtfolge in der gefertigten Halbleiterstruktur zur Qualitätskontrolle analysiert werden. Dieses herkömmliche System erlaubt jedoch keine Prozessierung des Objekts bei Anwesenheit eines Reaktionsgases.
Ein herkömmliches Materialbearbeitungssystem, welches für eine Materialabscheidung bzw. für eine Materialabtragung ein Gaszuführungssystem umfasst, ist beispielsweise aus DE 102 08 043 A1 bekannt. Das Materialbearbeitungssystem umfasst einen Elektronenstrahlsäule zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und Fokussieren des Elektronenstrahls in einem Objektbereich, in welchem das zu bearbeitende Objekt anordenbar ist. Zur Zuführung eines Reaktionsgases in den Objektbereich umfasst das System weiterhin ein durch Gasdüsen gebildetes Gaszuführungssystem.
Infolge einer zunehmenden Miniaturisierung von Halbleiterbausteinen steigen die Anforderungen an Bearbeitungs- und Prozessierungssysteme zum Prozessieren und Inspizieren derartiger Halbleiterstrukturen. Insbesondere werden immer höhere Anforderungen an eine Positionierungsgenauigkeit von Strukturen innerhalb des Halbleitermaterials gestellt. Dazu gibt es insbesondere einen Bedarf, Prozessierungssysteme, die bei Anwesenheit eines Reaktionsgases arbeiten, hinsichtlich einer Genauigkeit zu verbessern.
Bei großen Mengen Prozessgas in der Vakuumkammer des Prozessierungssystems kann es zu einer Beschädigung durch das reaktive Gas kommen (Abscheidung an Strahloptik, Korrosion der Strahloptikkomponenten). Häufig sind lange Abpumpzeiten erforderlich, bevor das Objekt in Abwesenheit des Prozessgases inspiziert werden kann.
Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Prozessierungssystem zum Prozessieren eines Objektes bereitzustellen, welches die vorgenannten Nachteile zumindest teilweise überwindet. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein flexibles teilchenoptisches Prozessierungssystem bereitzustellen, welches eine Prozessierung des Objekts in vielfältiger Weise ermöglicht bei gleichzeitiger Möglichkeit einer Inspektion des Objekts.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Prozessierungssystem zum Prozessieren eines Objektes bereitgestellt, welches eine erste Energiestrahlführung mit einer ersten Strahloptik zum Erzeugen eines ersten Energiestrahls und Fokussieren desselben in einem innerhalb einer Vakuumkammer angeordneten Fokussierungsbereich; eine zweite Energiestrahlführung mit einer zweiten Strahloptik zum Erzeugen eines zweiten Energiestrahls und Fokussieren desselben in dem Fokussierungsbereich; und wenigstens eine innerhalb der Vakuumkammer derart anordenbare Prozessierungskammerwand, dass diese den Fokussierungsbereich teilweise umgreift und eine den ersten Energiestrahl und den zweiten Energiestrahl umgebende, insbesondere umschließende, dem Objekt zugewandte Stirnfläche, einen Anschluss zur Zuführung eines Prozessgases zu dem Fokussierungsbereich, eine Öffnung für einen Durchtritt des ersten Energiestrahls und eine Öffnung (39) für einen Durchtritt des zweiten Energiestrahls aufweist, umfasst. Dabei ist die erste Energiestrahlsführung durch optische Komponenten gebildet oder als Teilchenstrahlsäule ausgebildet und umfasst der erste Energiestrahl einen Photonenstrahl, einen Elektronenstrahl bzw. einen Ionenstrahl. Weiterhin ist die zweite Energiestrahlführung als eine Elektronenstrahlsäule oder eine Ionenstrahlsäule ausgebildet und der zweite Energiestrahl umfasst einen Elektronenstrahl bzw. einen Ionenstrahl.
Die Prozessierungskammerwand kann dabei einen Anschluss zur Zuführung eines Prozessgases zu dem Fokussierungsbereich oder auch mehrere Anschlüsse, möglicherweise an verschiedenen Wandseiten oder -bereichen, zur Zuführung mehrerer (unterschiedlicher) Prozessgase zu dem Fokussierungsbereich umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Energiestrahlsführung als eine Elektronenstrahlsäule ausgebildet und der erste Energiestrahl umfasst einen Elektronenstrahl und weiterhin ist die zweite Energiestrahlsführung als eine Ionenstrahlsäule ausgebildet und der zweite Energiestrahl umfasst einen Ionenstrahl.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein teilchenoptisches Prozessierungssystem zum Prozessieren eines Objekts bereitgestellt, welches eine Elektronenstrahlsäule, eine Ionenstrahlsäule und eine Prozessierungskammerwand umfaßt. Die Elektronenstrahlsäule ist mit einer Elektronenoptik zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und Fokussieren desselben in einem innerhalb einer Vakuumkammer angeordneten Fokussierungsbereich bereitgestellt. Die Ionenstrahlsäule ist mit einer Ionenoptik zum Erzeugen eines Ionenstrahls und Fokussieren desselben in dem Fokussierungsbereich bereitgestellt. Die Prozessierungskammerwand ist innerhalb der Vakuumkammer derart anordenbar, dass die Prozessierungskammerwand den Fokussierungsbereich teilweise umgreift. Die Prozessierungskammerwand dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine den Elektronenstrahl und den Ionenstrahl umgebende, insbesondere umschließende, und eine dem Objekt zugewandte Stirnfläche, einen Anschluss zur Zuführung eines Prozessgases zu dem Fokussierungsbereich, eine Öffnung für einen Durchtritt des Elektronenstrahl und eine Öffnung für einen Druchtritt des Ionenstrahls auf.
Der Fokussierungsbereich kann zumindest einem Teil einer Objektebene der Elektronenstrahlsäule bzw. der Ionenstrahlsäule entsprechen. Der Teil der Objektebene kann dabei einem Abtastbereich der Partikelstrahlen entsprechen. Beide Partikelstrahlen können jeweils ein Abtastsystem mit Ablenkelementen umfassen, um den jeweiligen Partikelstrahl über den Abtastbereich zu führen, beispielsweise zeilenweise.
Die Elektronenoptik kann eine magnetische Linse und/oder eine elektrostatische Linse umfassen, insbesondere eine magnetische Linse mit einer elektrostatischen Immersionslinse. Die magnetische Linse kann zwei Polschuhe umfassen, welche einen axialen oder einen schräg zu einer Achse des Elektronenstrahl angeordneten Polschuhspalt bilden. Die Elektronenoptik kann weiterhin ein als Anode ausgebildetes Strahlrohr umfassen, welches in einem Betrieb auf eine hohe positive Spannung (z. B. + 8 kV) gelegt werden kann. Die Elektronenoptik kann weiterhin zwischen dem als Anode ausgebildeten Strahlrohr und dem anzuordnenden Objekt eine Abschlusselektrode umfassen, welche auf ein geeignetes Potential (z. B. auf 0 V bis 50 V) gelegt werden kann. Somit erlaubt die Elektronenstrahlsäule, Elektronen zu erzeugen, sie auf eine hohe kinetische Energie zu beschleunigen und sie vor Auftreffen in dem Fokussierungsbereich auf der Oberfläche des Objekts auf eine relativ niedrige kinetische Energie abzubremsen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Prozessierungssystem weiterhin mindestens einen Elektronendetektor zum Detektieren von Elektronen, welche aus dem Objekt austreten. Die aus dem Objekt austretenden Elektronen können Rückstreuelektronen und/oder Sekundärelektronen umfassen. Mittels eines Abtastsystems und des Elektronendetektors kann ein elektronenmikroskopisches Bild eines zu untersuchenden Objekts aufgenommen werden.
Die Ionenstrahlsäule kann elektrostatische Linsen und magnetische Linsen umfassen. Weiterhin umfasst die Ionenstrahlsäule eine Ionenquelle, welche ein Feststoff- oder Flüssigstoffreservoir und/oder eine Gaszuführung umfasst. Aus dem Feststoff- oder Flüssigstoffreservoir können Materialien, wie etwa flüssiges Gallium, durch thermische Aktivierung und unter Benutzung einer Extraktionselektrode, welche ein elektrisches Feld erzeugt, extrahiert werden. Über die Gaszuführung können gasförmige Elemente oder Mole küle zugeführt werden. Nach Ionisierung der aus dem Feststoff- oder Flüssigstoffreservoir extrahierten oder der über die Gaszuführung zugeführten Teilchen werden sie durch ein geeignetes elektrisches Feld beschleunigt, um den Ionenstrahl zu bilden.
Eine Strahlachse der Elektronenstrahlsäule und eine Strahlachse der Ionenstrahlsäule können insbesondere einen Winkel miteinander bilden, welcher größer als 10° ist. Dieser Winkel kann jedoch auch kleiner als 10° sein, solange die Elektronenstrahlsäule und die Ionenstrahlsäule dazu ausgebildet sind, den Elektronenstrahl bzw. den Ionenstrahl in demselben Fokussierungsbereich zu fokussieren.
Die Prozessierungskammerwand kann zusammen mit einer Oberfläche des zu prozessierenden Objekts eine Prozessierungskammer innerhalb der Vakuumkammer abgrenzen, welche mit Prozessgas angefüllt werden kann. Der Fokussierungsbereich liegt dabei innerhalb der derart abgegrenzten Prozessierungskammer.
Die Prozessierungskammerwand kann verschiedene Formen aufweisen. Beispielsweise kann die Prozessierungskammerwand eine Schalenform, eine Hülsenform oder eine Kuppelform aufweisen. Die Prozessierungskammerwand kann aus elastischen, nachgiebigen Materialien einstückig oder mehrstückig gefertigt sein. Die dem Objekt zugewandte Stirnfläche der Prozessierungskammerwand kann den Elektronenstrahl und den Ionenstrahl ringförmig umschließen, wobei eine Ringform nicht notwendigerweise eine Kreisform sein muss, sondern zum Beispiel auch eine Rechteckform, eine Quadratform, eine Ellipsenform, und dergleichen umfasst.
Der in der Prozessierungskammerwand bereitgestellte Anschluss zur Zuführung eines Prozessgases zu dem Fokussierungsbereich erlaubt somit Prozessgas in der Nähe des Fokussierungsbereichs bereitzustellen. Mit Hilfe des Elektronenstrahls und/oder des Ionenstrahls und/oder des Photonenstrahls kann das Prozessgas aktiviert werden, um somit das Objekt zu prozessieren. Zum Durchtritt des Elektronenstrahls und zum Durchtritt des Ionenstrahls auf den Fokussierungsbereich ist dafür in der Prozessierungskammerwand jeweils eine Öffnung vorgesehen.
Es können mehrere Öffnungen zum Strahldurchtritt vorgesehen sein, z. B. für verschiedene Neigungspositionen oder Lateralpositionen der Probe.
Damit erlaubt das teilchenoptische Prozessierungssystem in vorteilhafter Weise, ein Prozessieren eines Objektes in Anwesenheit eines Prozessgases durch Aktivieren des Prozessgases durch den Elektronenstrahl und/oder den Ionenstrahl und/oder den Photonenstrahl und ein Inspizieren des Objektes durch den Elektronenstrahl und/oder den Ionenstrahl und/oder den Photonenstrahl.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erstreckt sich die Stirnfläche der Prozessierungskammerwand im Wesentlichen in einer Ebene. Wenn die Stirnfläche selbst nicht gänzlich in einer Ebene liegt, sondern Abweichungen von einer Ebene aufweist, kann die Ebene, in der die Stirnfläche im wesentlichen liegt, beispielsweise durch eine gute Approximation an die Stirnfläche der Prozessierungskammerwand, d. h. durch eine Anpassebene, definiert werden. Nicht alle Teile der Stirnfläche müssen somit in der Anpassebene liegen, sondern können außerhalb der Anpassebene liegen. Ein Großteil der Stirnfläche kann jedoch herangezogen werden, um eine Anpassebene zu definieren, welche geringe Abweichungen von der Stirnfläche der Prozessierungskammerwand aufweist. Im Betrieb kann sich die Anpassebene der Stirnfläche der Prozessierungskammerwand im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des zu prozessierenden Objekts erstrecken.
Die Prozessierungskammerwand erstreckt sich bereichsweise quer zu der Anpassebene. Dadurch, dass sich die Prozessierungskammerwand bereichsweise quer zu der Ebene erstreckt, ist eine Prozessierungskammer gebildet, welche einen oberhalb des Fokussierungsbereichs gelegenen Raumbereich, d. h. eine Prozessierungskammer, umfasst. In dieser Prozessierungskammer ist ein zugeführtes Prozessgas von der Vakuumkammer durch die Prozessierungskammerwand abgegrenzt und kann damit bei relativ hoher Konzentration verglichen mit seiner Konzentration in der Vakuumkammer gehalten werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Prozessierungskammerwand ferner einen Anschluss zum Abführen des Prozessgases von dem Fokussierungsbereich. Damit kann Prozessgas aus dem Fokussierungsbereich und damit aus der Prozessierungskammer abgeführt werden, um eine Prozessierung des Objekts mit diesem Prozessgas zu beenden bzw. um abreagiertes Prozessgas oder eine Spülgas zu entfernen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Prozessierungskammerwand dazu ausgebildet, gegenüber dem Objekt so angeordnet zu werden, dass zwischen dem Objekt und der Stirnfläche der Prozessierungskammerwand ein Spalt mit einer Breite von weniger als 200 μm, insbesondere weniger als 20 μm gebildet ist.
Insbesondere kann die Prozessierungskammerwand oder die Stirnfläche der Prozessierungskammerwand das Objekt berühren. Bei dieser alternativen Ausführungsform kann die Prozessierungskammer spaltfrei und somit bündig auf die Objektebene aufsetzen, was durch einen mechanischen Federmechanismus oder ein elastisches Material zwischen Objekt oder Objekthalterung und Prozessierungskammerwand erreicht werden kann. Ein Berühren kann alternativ an mehreren Berührpunkten, wie etwa drei Berührpunkten, erfolgen.
Durch einen Spalt einer geringen Breite oder ein Berühren zwischen Objekt und Prozessierungskammerwand kann eine Prozessierungskammer effektiv von der Vakuumkammer abgegrenzt werden, um zu verhindern, dass die Vakuumkammer und darin befindliche Komponenten des Prozessierungssystems in übermäßigem Ausmaß dem Prozessgas ausgesetzt werden. Damit kann eine Beschädigung dieser Komponenten des Prozessierungssystems vermindert und ein zuverlässiger Betrieb des Prozessierungssystem gewährleistet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Prozessierungssystem weiterhin eine Objekthalterung, welche dazu ausgebildet ist, eine Orientierung des Objekts relativ zu einer Strahlrichtung des ersten Energiestrahls, insbesondere des Elektronenstrahls zu ändern. Dadurch ist es möglich, das Objekt in verschiedene Orientierungen relativ zu einer Strahlrichtung des Elektronenstrahls und/oder relativ zu einer Strahlrichtung des Ionenstrahls auszurichten, so dass eine Prozessierung bei Anwesenheit eines Prozessgases und/oder eine Inspektion des Objektes bei verschiedenen Orientierungen des Objektes ermöglicht ist. Damit kann eine Genauigkeit einer Prozessierung und einer Inspektion erhöht werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die wenigstens eine Prozessierungskammerwand eine erste Prozessierungskammerwand und eine zweite Prozessierungskammerwand, welche alternativ in der Vakuumkammer anordenbar sind, wobei die erste Prozessierungskammerwand dazu ausgebildet ist, den Spalt bei einer ersten Orientierung des Objekts zu bilden und wobei die zweite Prozessierungskammerwand dazu ausgebildet ist, den Spalt bei einer von der ersten Orientierung verschiedenen zweiten Orientierung des Objekts zu bilden. Diese Ausführungsform kann insbesondere dann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn zur Prozessierung und Inspektion des Objekts lediglich zwei Orientierungen des Objekts angefahren werden müssen. Hierbei können die erste und die zweite Prozessierungskammerwand auf besonders einfache und kostengünstige Weise aufgebaut sein und alternativ bei den verschiedenen Orientierungen angeordnet werden, um den Fokussierungsbereich teilweise zu umgreifen und somit die Prozessierungskammer zu bilden, welche insbesondere rundum geschlossen ist. Beispielsweise können die erste und zweite Prozessierungskammerwand im wesentlichen orthogonal zu einer der Partikelstrahlrichtungen verlagerbar sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Stirnfläche dazu ausgebildet ist, das Objekt zu umgeben, und die Stirnfläche und die Objekthalterung sind dazu ausgebildet, einander zu berühren. Damit kann ein bündiger Abschluss zwischen der Prozessierungskammerwand und der Objekthalterung gebildet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die wenigstens eine Prozessierungskammerwand eine erste und eine zweite Prozessierungskammerwand, welche alternativ in der Vakuumkammer anordenbar sind, wobei die Stirnfläche der ersten Prozessierungskammerwand dazu ausgebildet ist, die Objekthalterung bei einer ersten Orientierung des Objekts zu berühren, und wobei die Stirnfläche der zweiten Prozessierungskammerwand dazu ausgebildet ist, die Objekthalterung bei einer von der ersten Orientierung verschiedenen zweiten Orientierung des Objekts zu berühren.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Prozessierungskammerwand wenigstens zwei relativ zueinander verlagerbare Wandbereiche, von denen ein erster Wandbereich die Öffnung für den ersten Energiestrahl, insbesondere für den Elektronenstrahl, und die Öffnung für den zweiten Energiestrahl, insbesondere für den Ionenstrahl, aufweist und ein zweiter Wandbereich wenigstens einen Teil der dem Objekt zugewandten Stirnfläche bereitstellt. Der erste Wandbereich der Prozessierungskammerwand kann dabei z. B. direkt oder indirekt (mittelbar) fest mit der Elektronenstrahlsäule und/oder der Ionenstrahlsäule verbunden sein, um sicherzustellen, dass eine Position der Öffnung für den Ionenstrahl und eine Position der Öffnung für den Elektronenstrahl bei verschiedenen Orientierungen des Objekts im Wesentlichen unverändert bleibt. Der zwischen dem Objekt oder der Objekthalterung und der Stirnfläche der Prozessierungskammerwand gebildete Spalt oder eine spaltfreie Auflagefläche kann dabei bereichsweise durch den zweiten Wandbereich und das Objekt gebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Wandbereich und der zweite Wandbereich relativ zueinander verschwenkbar, wie etwa um eine Schwenkachse oder Drehachse. Damit ist es möglich, den Spalt bei verschiedenen Orientierungen des Objekts mit im Wesentlichen unveränderter Breite bereitzustellen. Damit ist die Prozessierungskammer bei verschiedenen Orientierungen des Objekts gebildet.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der erste Wandbereich und der zweite Wandbereich einander teilweise überlappend nebeneinander angeordnet. Ein Ausmaß einer Überlappung des ersten und des zweiten Wandbereichs kann bei verschiedenen Orientierungen des Objekts verschieden sein. In einem Überlappungsbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Wandbereich kann ein Dichtungselement angeordnet sein, um eine wirkungsvolle Abdichtung gegenüber Prozessgas, wie etwa durch eine spaltfreie Angrenzung in Überlappungsbereichen, bereitzustellen. Insbesondere kann in einem Gebiet des ersten Wandbereichs, welches mit dem zweiten Wandbereich in keiner der anzufahrenden Orientierungen des Objektes überlappt, mit dem Anschluß zum Zuführen des Prozessgases, sowie mit einem Anschluß zum Abführen des Prozessgases ausgestattet sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der erste Wandbereich und der zweite Wandbereich durch einen dritten Wandbereich elastisch miteinander verbunden. Insbesondere durch den dritten Wandbereich der Prozessierungskammerwand kann eine Abgrenzung der Prozessierungskammer von der Vakuumkammer bei verschiedenen Orientierungen des Objekts auf vorteilhafte Weise bereitgestellt werden. Der dritte Wandbereich kann dabei zum Beispiel ein elastisches, nachgiebiges Material umfassen oder zum Beispiel einen Faltenbalg umfassen, um eine notwenige Formänderung der Prozessierungskammerwand bei verschiedenen Orientierungen des Objekts zu ermöglichen. Auch sind als dritter Wandbereich teleskopartig ineinander verschiebbare Teile möglich.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Dabei bezeichnen ähnliche Bezugsnummern in Struktur oder Funktion ähnliche Elemente.
1a und 1b zeigen schematisch eine Ausführungsform eines teilchenoptischen Prozessierungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
2a, 2b und 2c zeigen schematisch eine weitere Ausführungsform eines teilchenoptischen Prozessierungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
3a und 3b zeigen schematisch eine Ausführungsform einer Prozessierungskammerwand, welche in einem teilchenoptischen Prozessierungssystem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommen kann;
4a und 4b zeigen schematisch eine weitere Ausführungsform eines teilchenoptischen Prozessierungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
5a und 5b zeigen schematisch noch eine weitere Ausführungsform eines teilchenoptischen Prozessierungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
1a und 1b zeigen schematisch Schnittdarstellungen eines teilchenoptischen Prozessierungssystems 1a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei zwei verschiedenen Orientierungen des Objekts 3 bezüglich einer Achse einer Elektronenstrahlsäule 10a.
Das teilchenoptische Prozessierungssystem 1a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Elektronenstrahlsäule 10a zum Erzeugen eines Elektronenstrahls 11a und eine Ionenstrahlsäule 20a zum Erzeugen eines Ionenstrahls 21a. Sowohl die Elektronenstrahlsäule 10a als auch die Ionenstrahlsäule 20a sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise können die Elektronenstrahlsäule 10a und die Ionenstrahlsäule 20a aufgebaut sein wie in der US-Patentschrift US 6,855,938 B2 in 8 illustriert und im Text beschrieben. Die Offenbarung. der Patentschrift US 6,855,938 B2 wird durch Bezugnahme vollumfänglich in diese Anmeldung einbezogen. Die Elektronenstrahlsäule 10a umfasst eine Elektronenoptik, um den Elektronenstrahl innerhalb der Vakuumkammer 2a in einem Fokussierungsbereich 29a zu fokussieren. Ebenso umfasst die Ionenstrahlsäule 20a eine Ionenoptik, um den Ionenstrahl 21a in dem Fokussierungsbereich 29a zu fokussieren.
Beide Partikelstrahlsäulen umfassen jeweils ein Abtastsystem zum steuerbaren Ablenken der Partikelstrahlen, um diese fokussiert über den Fokussierungsbereich 29a zu führen. Damit ist eine Prozessierung und eine Inspektion eines zuvor definierten Bereiches eines in dem Fokussierungsbereich angeordneten Objektbereichs des Objekts 3 ermöglicht.
In dem hier illustrierten Beispiel umfasst die Ionenstrahlsäule 20a eine nicht dargestellte Ionenquelle, in welcher flüssiges Gallium aus einem Flüssigkeitsreservoir extrahiert und ionisiert wird. Das Objekt 3 ist auf der Objekthalterung 43a derart gehaltert, dass die Oberfläche 3' des Objekts 3 den Fokussierungsbereich 29a umfasst. Die Oberfläche 3' des Objekts 3 ist in 1a in einer ersten Orientierung relativ zu der Strahlachse der Elektronenstrahlsäule 10a ausgerichtet, wobei eine Normale der Oberfläche 3' des Objekts 3 im Wesentlichen parallel zu der Strahlachse der Elektronenstrahlsäule 10a verläuft. Das teilchenoptische Prozessierungssystem 1a umfasst in dieser Orientierung der Oberfläche 3' des Objekts 3 eine erste Prozessierungskammerwand 35a₁ , die als eine zylindrische Röhre ausgebildet ist. Der Zylinder kann als ein elliptischer, ein kreisförmiger oder ein allgemeiner Zylinder ausgebildet sein. In der Schnittansicht der 1a schließt die zylindrische Röhre 35a₁ mit der Oberfläche 3' des Objekts 3 einen Anstellwinkel α ein, der etwa 35° beträgt. In anderen Ausführungsformen kann der Winkel α größere oder kleinere Werte annehmen. Insbesondere kann er in Abhängikeit der Anwendung gewählt werden.
Die zylindrische Röhre 35a₁ ist mit ihrer durch Schneiden des Zylinders mit einer Ebene gebildeten Stirnfläche 36a₁ gegenüber der Oberfläche 3' des Objekts 3 derart angeordnet, dass ein Spalt 42₁ zwischen der Stirnfläche 36a₁ der Prozessierungskammerwand 35a₁ und der Oberfläche 3' des Objekts 3 gebildet ist. Die Breite b des Spalts 42 beträgt 200 μm bis 20 μm. In anderen Ausführungsformen liegt die Stirnfläche an der Oberfläche 3' des Objekts 3 oder an der Objekthalterung 43 an, beispielweise über eine Elastomerlippe. Stirnfläche 36a₁ umschließt den Elektronenstrahl 11a und den Ionenstrahl 21a.
Die erste Prozessierungskammerwand 35a₁ umfasst einen Anschluss 37a zum Zuführen eines Prozessgases zu dem Fokussierungsbereich 29a. Insbesondere wird Prozessgas in den von der Vakuumkammer 2a abgegrenzten Raumbereich 45 (auch als Prozessierungskammer bezeichnet) zugeführt. Die Prozessierungskammer 45 ist von der Vakuumkammer 2a durch die Prozessierungskammerwand 35a₁ abgegrenzt.
Die erste Prozessierungskammerwand 35a₁ weist eine Öffnung 38a zum Durchtritt des Elektronenstrahls 11a auf den Fokussierungsbereich auf. Weiterhin weist die erste Prozessierungskammerwand 35a₁ eine Öffnung 39a zum Durchtritt des Ionenstrahls 21a auf den Fokussierungsbereich 29a auf. Formen beider Öffnungen 38a und 39a können in Abhängigkeit der Orientierung der Prozessierungskammerwand 35a₁ relativ zu den Richtungen des Elektronenstrahls 11a bzw. des Ionenstrahls 21a angepasst werden. Somit ermöglicht das teilchenoptische Prozessierungssystem 1a, den Elektronenstrahl 11a und den Ionenstrahl 21a auf den Fokussierungsbereich 29a, wo die Oberfläche 3' des Objekts 3 angeordnet ist, bei Anwesenheit eines Prozessgases zu richten. Gleichzeitig ist der Raumbereich 45, in welchem Prozessgas in relativ hoher Konzentration vorhanden ist, von anderen Komponenten, welche innerhalb der Vakuumkammer 2a angeordnet sind, abgegrenzt, um eine Funktion dieser Komponenten wegen der Anwesenheit von Prozessgas nicht zu beeinträchtigen.
Aus der Oberfläche 3' des Objekts 3 austretende Elektronen werden durch in 1a und 1b nicht dargestellte Elektronendetektoren detektiert. Die aus dem Objekt austretenden Elektronen können Rückstreuelektronen und Sekundärelektronen umfassen. Die Elektronendetektoren können innerhalb der Elektronenstrahlröhre 10a (Inline-Detektoren) oder außerhalb davon angeordnet sein. Die von der Oberfläche 3' des Objekts 3 ausgehenden Elektronen können durch Bestrahlen des Objekts 3 mit dem Ionenstrahl 21a und/oder dem Elektronenstrahl 11a ausgelöst werden.
Entstehende Sekundärteilchen (Ionen, Elektronen) können durch Anlegen einer Extraktionsspannung aus dem Prozessierungsbereich in Richtung des Detektors abgezogen werden. Alternativ kann der Detektor auch in der Prozessierungskammerwand eingebettet oder daran befestigt sein.
Durch Abtasten des oder der fokussierten Partikelstrahlen über den Fokussierungsbereich und Detektierten der ausgelösten Elektronen wird ein elektronenmikroskopisches Bild des in dem Fokussierungsbereich 29a angeordneten Objektbereichs des Objekts 3 erhalten.
Das über den Gasanschluss 37a in die Prozessierungskammer 45 und somit in die Nähe des Fokussierungsbereichs 29a gelangende Prozessgas kann durch den Elektronenstrahl 11a, den Ionenstrahl 21a (oder einen alternativen oder zusätzlichen Photonenstrahl) aktiviert werden, um das Objekt 3 innerhalb des Fokussierungsbereichs 29a zu prozessieren. Das Prozessieren durch das aktivierte Prozessgas kann ein Abtragen von Material von der Oberfläche 3 und/oder ein Abscheiden von Material auf die Oberfläche 3' des Objekts 3 umfassend. Durch Zuführen von Inertgas kann ein Schutz des Objektes vor reaktivem Prozessgas erreicht werden oder es kann eine thermische Nachbehandlung des Objektes vorgenommen werden.
1b zeigt schematisch das teilchenoptische Prozessierungssystem 1a in Schnittansicht bei einer zweiten Orientierung des Objekts 3 relativ zu der Strahlachse der Elektronenstrahlröhre 10a. Bei dieser zweiten Orientierung verläuft eine Normale der Oberfläche 3' des Objekts 3 im Wesentlichen parallel zu einer Strahlachse der Ionenstrahlsäule 20a. Bei dieser Orientierung kann in bekannter Weise durch Bestrahlen mit dem Ionenstrahl 21a ein Graben in das Objekt 3 geschnitten werden, dessen Seitenfläche durch den Elektronenstrahl 11a in schräger Beleuchtung inspiziert werden kann. In dieser Orientierung des Objekts 3 relativ zu der Elektronenstrahlsäule 10a umfasst das teilchenoptische Prozessierungssystem 1a gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anstatt der ersten Prozessierungskammerwand 35a₁ , welche in 1a illustriert ist, eine davon verschiedene zweite ebenso als zylindrische Röhre ausgebildete Prozessierungskammerwand 35a₂ . Die zweite Prozessierungskammerwand 35a₂ ist dazu ausgebildet, bei dieser zweiten Orientierung der Oberfläche 3' des Objekts 3 relativ zu der Elektronenstrahlsäule 10a einen Spalt 42 zwischen der Stirnfläche 36a₂ der zweiten Prozessierungskammerwand 35a₂ und der Oberfläche 3' des Objekts 3 zu bilden. Die Prozessierungskammerwand 35a₂ schließt mit der Oberfläche 3' des Objekts 3 einen Anstellwinkel β ein, der in dem illustrierten Beispiel etwa 45° beträgt, d. h. insbesondere verschieden von dem Anstellwinkel α der in 1a illustrierten Prozessierungskammerwand 35a₁ ist. Somit hat auch die Stirnfläche 36a₂ eine von der Stirnfläche 36a₁ verschiedene Form. Die Breite b₂ dieses Spalts 52₂ entspricht etwa der Breite b₁ des Spalts 52₁ , welcher durch die erste Prozessierungskammerwand 35a₁ und die Oberfläche 3' des Objekts 3 bei der in 1a illustrierten ersten Orientierung des Objekts gebildet ist.
Zum Durchtritt des Elektronenstrahls 11a umfasst die zweite Prozessierungskammerwand 35a₂ eine Öffnung 38a und zum Durchtritt des Ionenstrahls 21a umfasst die zweite Prozessierungskammerwand 35a₂ eine Öffnung 39a. Die Formen dieser Öffnungen sind verschieden von denen der Öffnungen 38a und 39a der Prozessierungskammerwand 35a₁ . Weiterhin umfasst die zweite Prozessierungskammerwand 35a₂ einen Anschluss 37a zum Zuführen eines Prozessgases in einen Raumbereich 45. Damit ist es möglich, das Objekt 3 auch bei dieser zweiten Orientierung zu inspizieren und zu prozessieren, wie mit Bezug auf 1a beschrieben.
Ein Winkel zwischen Orientierungen einer Normalen 3 des Objekts 3 der in 1a und 1b dargestellten Orientierungen des Objekts 3 beträgt etwa 45°. Abhängig von einer Anwendung kann dieser Winkel auch größer oder kleiner sein. Der Winkel kann zum Beispiel 10°, 20°, 30°, 40°, 50°, 60°, 75° betragen oder Werte dazwischen annehmen.
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die in 1a und 1b illustrierten Prozessierungskammerwände so ausgebildet, dass die erste Prozessierungskammerwand 35a₁ das Objekt 3 oder die Objekthalterung bei einer ersten Orientierung des Objektes 3 berührt und die zweite Prozessierungskammerwand 35a₁ das Objekt 3 oder die Objekthalterung bei einer zweiten Orientierung des Objektes 3 berührt. Hierbei kann die Stirnfläche der jeweiligen Prozessierungskammerwand beispielsweise elastische Materialien aufweisen, wie etwa Gummidichtungen. Dabei kann die jeweilige Prozessierungskammerwand bündig mit einer jeweiligen Auflagefläche abschließen oder diese an mehreren Berührpunkten berühren.
2a, 2b und 2c illustrieren schematisch eine weitere Ausführungsform 1b eines teilchenoptischen Prozessierungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ebenso wie das in 1a und 1b illustrierte teilchenoptische Prozessierungssystem 1a umfasst das teilchenoptische Prozessierungssystem 1b eine Elektronenstrahlsäule 10b zum Erzeugen eines Elektronenstrahls 11b und Fokussieren desselben in den Fokussierungsbereich 29b, sowie eine Ionenstrahlsäule 20b zum Erzeugen eines Ionenstrahls 21b und Fokussieren des Ionenstrahls in den Fokussierungsbereich 29b.
Das Objekt 3 ist auf der Objekthalterung 43b gehaltert, um eine Orientierung des Objekts 3 zu erreichen, in welcher eine Normale der Oberfläche 3' des Objekts 3 im Wesentlichen parallel zu der durch eine Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls 11b definierten Strahlachse ausgerichtet ist. Das teilchenoptische Prozessierungssystem 1b umfasst weiterhin einen ersten Wandbereich 35b', welcher eine Öffnung 38b zum Durchtritt des Elektronenstrahls 11b und eine Öffnung 39b zum Durchtritt des Ionenstrahls 21b aufweist. Weiterhin weist die Prozessierungskammerwand des Systems 1b einen zweiten Wandbereich 35b'' auf, welcher derart angeordnet ist, dass eine Stirnfläche 36b der Prozessierungskammerwand 35b der Oberfläche 3' des Objekts 3 gegenübersteht. Zwischen der Stirnfläche 36b und der Oberfläche 3' des Objekts 3 ist ein Spalt 42b mit einer Breite b von kleiner als 2 mm, insbesondere kleiner als 200 μm, weiter insbesondere kleiner als 20 μm gebildet. Es ist auch möglich, dass diese Breite praktisch verschwindet, sodass kein Spalt zwischen der Stirnfläche und der Oberfläche des Objekts gebildet ist, sondern diese bündig aufeinander liegen oder mehrere Berührpunkte aufweisen. Der zweite Wandbereich 35b'' der Prozessierungskammerwand 35b ist um eine Schwenkachse 44b relativ zu der ersten Prozessierungskammerwand 35b' verschwenkbar, wie in einer Draufsicht auf das teilchenoptische Prozessierungssystem 1b in 2c illustriert. 2a hingegen illustriert eine Schnittansicht des Prozessierungssystems 1b, weswegen die Schwenkachse 44b nicht sichtbar ist. Weiterhin sind in 2a und auch in 2b vordere und hintere Endflächen der Prozessierungskammerwand, welche durch den ersten Wandbereich 35b' und den zweiten Wandbereich 35b'' gebildet sind, nicht illustriert.
2b illustriert schematisch das teilchenoptische Prozessierungssystem 1b gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Schnittansicht bei einer zweiten Orientierung des Objekts 3 relativ zu der Elektronenstrahlsäule 10b. Diese zweite Orientierung des Objekts entspricht der zweiten Orientierung des Objekts, welche in 1b dargestellt ist. Verglichen mit der in 2a dargestellten Prozessierungskammerwand 35b wurde der zweite Wandbereich 35b'' relativ zu dem ersten Wandbereich 35b' um die Schwenkachse 44b verschwenkt, so dass verglichen mit der in 2a dargestellten Konfiguration andere Bereiche des zweiten Wandbereichs 35b'' mit dem ersten Wandbereich 35b' überlappen. Gleichzeitig bildet jedoch trotz der veränderten Orientierung des Objekts 3 relativ zu der Elektronenstrahlsäule 10b die Stirnfläche 36b mit der Oberfläche 3' des Objekts 3 einen Spalt 42b, welcher eine verglichen mit dem in 2a bei der ersten Orientierung gebildeten Spalt 42b unveränderte Breite b aufweist. Somit ist in den in 2a und 2b exemplarisch dargestellten Orientierungen, welche sich um einen Winkel von etwa 45° unterscheiden, eine Abgrenzung einer Prozessierungskammer 45b von der Vakuumkammer 2b ermöglicht, um somit eine Prozessierung des Objekts 3 in Anwesenheit einer ausreichenden Prozessgaskonzentration zu erlauben.
2c illustriert das teilchenoptische Prozessierungssystem 1b in einer Draufsicht entlang von in 2a angedeuteten Richtungen 2c. Der erste Wandbereich 35b' zeigt dabei die beiden Öffnungen 38b und 39b zum Durchtritt des Elektronenstrahls 11b und des Ionenstrahls 21b. Eine vordere Endfläche des ersten Wandbereichs 35b' (in der Draufsicht der 2c ein unterer Teil des ersten Wandbereichs 35b') weist dabei einen oder mehrere Anschlüsse 37b zum Zuführen eines Prozessgases (welches ein Gasgemisch umfassen kann) über ein Verbindungsrohr 46 auf. Eine hintere Endfläche des ersten Wandbereichs 35b' (in der Draufsicht der 2c ein oberer Teil des ersten Wandbereichs 35b') weist einen Anschluss 41b zum Abführen des Prozessgases aus dem Fokussierungsbereich 29b über ein Abführrohr 47 auf.
Der zweite Wandbereich 35b'' ist gegenüber dem ersten Wandbereich 35b' um die Schwenkachse 44b verschwenkbar. Damit kann eine Abgrenzung der Prozessierungskammer 45b von der Vakuumkammer 2b durch eine geeignete relative Verschwenkung des ersten Wandbereichs 35b' und des zweiten Wandbereichs 35b'' erreicht werden. Somit kann dem Objekt 3 Prozessgas zur Aktivierung durch den Elektronenstrahl 11b und/oder den Ionenstrahl 21b bereitgestellt werden, um zu Ablagerungen auf der Oberfläche 3' des Objekts 3 zu führen oder zu Abtragungen von der Oberfläche 3' des Objekts 3 zu führen oder zu Umwandlungen des Materials. Aufgrund der im Wesentlichen festen Positionen der Öffnungen 38b und 39b zum Durchtritt des Elektronenstrahls 11b bzw. des Ionenstrahls 21b kann eine derartige Prozessierung des Objekts und auch eine Inspektion des Objekts bei verschiedenen Orientierungen des Objekts relativ zu der Elektronenstrahlsäule 10b bzw. der Ionenstrahlsäule 20b durchgeführt werden.
Ein Partialdruck des Prozessgases innerhalb der durch die Prozessierungskammerwand abgegrenzten Prozessierungskammer 45 kann dabei um einen Faktor größer als 2, insbesondere größer als 5, weiterhin insbesondere größer als 20, höher sein als ein Partialdruck des Prozessgases in der Vakuumkammer 2.
In den 2a, 2b und 2c des Ausführungsbeispiels nehmen der erste Wandbereich 35b' der Prozessierungskammerwand 35b und der zweite Wandbereich 35b'' der Prozessierungskammerwand 35b teilweise eine Form einer Zylindermantelfläche an. Diese Wandbereiche können jedoch auch eine andere Form annehmen, solange eine relative Verlagerung der Wandbereiche zueinander ermöglicht ist, welche eine Abgrenzung der Prozessierungskammer 45 von der Vakuumkammer 2b bei verschiedenen Orientierungen des Objekts erlaubt.
Die Prozessierungskammerwand 35b kann im wesentlichen senkrecht zu einer von den Strahlachse des Elektronenstrahls 11b und des Ionenstrahls aufgespannten in 2c illustrierten Ebene 48 entlang von durch den Doppelpfeil 49 dargestellten Richtungen verlagert werden, um die Prozessierungskammerwand 35b aus dem Fokussierungsbereich zurückzuziehen. In einem solchen zurückgezogenen Zustand kann beispielsweise ein Objekt auf der Objekthalterung ausgetauscht und positioniert werden. Weiterhin kann das Prozessierungssystem in diesem Zustand als reines Inspektionssystem verwendet werden. Soll ein Objekt bei Anwesenheit eines Prozessgases durch Aktivieren des Prozessgases prozessiert werden, wird die zurückgezogene Prozessierungskammerwand 35b entlang einer durch den in 2c dargestellten Doppelpfeil 49 definierten Richtung verlagert, um den Fokussierungsbereich 29b zum Bilden einer Prozessierungskammer teilweise zu umgreifen.
Die Orientierungen des Objekts sind nicht auf die in den 2a und 2b illustrierten beispielhaften Orientierungen beschränkt, sondern können andere Relativwinkel aufweisen, wie etwa 10°, 20°, 30°, 40°, 50°, 60°, oder Zwischenwerte.
3a und 3b illustrieren eine Prozessierungskammerwand 35c, welche in teilchenoptischen Prozessierungssystemen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann. 3a und 3b illustrieren jeweils Vorderansichten der Prozessierungskammerwand 35c. Die Prozessierungskammerwand 35c ist durch einen ersten Wandbereich 35c und mehrere zweite Wandbereiche 35c'' gebildet. Die Wandbereiche 35c'' sind relativ zu dem ersten Wandbereich 35c' um eine Schwenkachse 44c verschwenkbar, welche senkrecht auf der Zeichenebene der 3a und 3b steht.
3a illustriert einen Zustand der Prozessierungskammerwand 35c, wobei die verschiedenen Wandbereiche 35c' und 35c'' weit aufgefächert sind, so dass Überlappungsbereiche 48 zwischen angrenzenden Wandbereichen relativ klein sind. Damit wird ein maximaler Schwenkbereich der Objekthalterung festgelegt. In der Praxis tritt der in 3a illustrierte Zustand nicht auf.
3b illustriert einen hypothetischen Zustand der Prozessierungskammerwand 35c bei völlig zusammengelegten Seitenwänden, wobei Wandbereiche 35c'' so gegenüber dem ersten Wandbereich 35c' verschwenkt sind, dass sie sich in Überlappungsbereichen 48 maximal mit dem ersten Wandbereich 35c' überlappen. Zustände verschiedener Verschenkungen der Wandbereiche zueinander können je nach Anforderungen eingestellt werden, um eine Prozessierungskammer 45 in einem teilchenoptischen Prozessierungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitzustellen.
4a und 4b illustrieren in Schnittansicht analog zu den Schnittansichten der 1a, 1b, 2a und 2b ein Prozessierungssystem 1d gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Prozessierungssystem 1d hat viele Komponenten mit den in 1a und 1b und in den 2a bis 2c dargestellten Prozessierungssystemen 1a und 1b gemeinsam, so dass eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten ausgelassen ist.
Das Prozessierungssystem 1d unterscheidet sich von den zuvor gezeigten Prozessierungssystemen 1a und 1b durch die Konfiguration der Prozessierungskammerwand 35d. Die Prozessierungskammerwand 35d ist in dem Prozessierungssystem 1d durch einen ersten Wandbereich 35d', einen zweiten Wandbereich 35d'' und einen dritten Wandbereich 35d''' gebildet. Dabei umfasst der erste Wandbereich 35d' eine Öffnung 38d zum Durchtritt des Elektronenstrahls 11d, welcher innerhalb der Elektronenstrahlsäule 10d verläuft. Der Elektronenstrahl 11d trifft in dem Fokussierungsbereich 29d auf das Objekt 3 auf. Weiterhin umfasst der erste Wandbereich 35d' eine Öffnung 39d zum Durchtritt des Ionenstrahls 21d, welcher innerhalb der Ionensäule 20d verläuft. Auch der Ionenstrahl 21d trifft nach Durchtritt durch die Öffnung 39d auf den Fokussierungsbereich 29d auf die Oberfläche 3' des Objekts 3 auf.
Der zweite Wandbereich 35d'' bildet in dem hier gezeigten Beispiel eine Stirnfläche 36d der Prozessierungskammerwand 35d, welche mit der Oberfläche 3' des Objekts 3 einen Spalt 42d bildet, welcher eine Breite b von weniger als 2 mm, insbesondere weniger als 200 μm, weiter insbesondere weniger als 20 μm aufweist. Die Stirnseite 36d kann in anderen Ausführungsformen an die Oberfläche 3' des Objekts 3 so eng angrenzen, dass kein Spalt gebildet ist. Der erste Wandbereich 35d' ist mit dem zweiten Wandbereich 35d'' über den dritten Wandbereich, einen Faltenbalg 35d''', elastisch verbunden. Der Faltenbalg 35d''' ist etwa ein herkömmlicher aus Metall gefertigter Faltenbalg, welcher in der Vakuumtechnik zur Anwendung kommt. Anstatt eines Faltenbalgs kann auch ein Ring aus elastischem Material verwendet werden.
4a illustriert einen Zustand des Prozessierungssystems 1d bei einer ersten Orientierung des Objekts 3 relativ zu der Elektronenstrahlsäule 10d, wobei eine Normale der Oberfläche 3' des Objekts 3 im Wesentlichen parallel zu einer Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls 11d ausgerichtet ist.
Dahingegen illustriert 4b das Prozessierungssystem 1d in einem Zustand, wobei das Objekt 3 in einer zweiten Orientierung relativ zu der Elektronenstrahlsäule 10d ausgerichtet ist, so dass die Normale der Oberfläche 3' des Objekts im Wesentlichen parallel zu einer Ausbreitungsrichtung des Ionenstrahls 21d ausgerichtet ist. Verglichen mit der Konfiguration des dritten Wandbereichs 35d''', welche in 4a illustriert ist, ist der dritte Wandbereich 35d''' in 4b elastisch verformt, so dass die durch den zweiten Wandbereich 35d'' gebildete Stirnfläche 36d mit der Oberfläche 3' des Objekts 3 einen Spalt 42d bildet, welcher eine gegenüber der ersten Orientierung im Wesentlichen unveränderte Breite b aufweist.
Positionen der Öffnungen 38d und 39d in 4b sind gegenüber Positionen der Öffnungen 38d und 39d in 4a im Wesentlichen unverändert, um in beiden Orientierungen einen ungehinderten Durchtritt des Ionenstrahls und des Elektronenstrahls auf den Fokussierungsbereich 29d zu erlauben. Eine in den 4a und 4b aufgrund der Schnittansicht nicht dargestellte Gaszuführung ist dazu ausgebildet, dem Fokussierungsbereich 29d Prozessgas(e) zuzuführen, so dass eine Prozessierung des Objekts bei Anwesenheit eines Prozessgases durchgeführt werden kann. Weiterhin kann das Objekt unter Benutzung des Ionenstrahls 21d und/oder des Elektronenstrahls 11d inspiziert werden, um einen Fortgang der Prozessierung zu bestimmen.
5a und 5b illustrieren in Schnittansicht analog zu den Schnittansichten der 1a, 1b, 2a, 2b, 4a und 4b ein Prozessierungssystem 1e gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Prozessierungssystem 1e hat viele Komponenten mit den in 1a und 1b, in den 2a bis 2c und in den in den 4a und 4b dargestellten Prozessierungssystemen 1a, 1b bzw 1d gemeinsam, so dass eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten ausgelassen ist.
Das Prozessierungssystem 1e unterscheidet sich von den zuvor gezeigten Prozessierungssystemen 1a, 1b und 1d durch die Ausgestaltung der Prozessierungskammerwand 35e und deren Angrenzung an die Objekthalterung 43e. Die Prozessierungskammerwand 35e ist in dem Prozessierungssystem 1e durch einen ersten Wandbereich 35e', einen zweiten Wandbereich 35e'' und einen dritten Wandbereich 35e''' gebildet. Dabei umfasst der erste Wandbereich 35e' eine Öffnung 38e zum Durchtritt des Elektronenstrahls 11e, welcher innerhalb der Elektronenstrahlsäule 10e verläuft. Weiterhin umfasst der erste Wandbereich 35e' eine Öffnung 39e zum Durchtritt des Ionenstrahls 21e, welcher innerhalb der Ionenstrahlsäule 20e verläuft. Wie der Elektronenstrahl 11e trifft auch der Ionenstrahl 21d auf den Fokus sierungsbereich 29e auf die Oberfläche 3' des Objekts 3 auf.
Der zweite Wandbereich 35e'' umgibt das Objekt 3 ringförmig und grenzt unmittelbar an die Objekthalterung 43e an. Der zweite Wandbereich 35e'' ist aus einem elastischen Material (Elastomer) gebildet und bildet in dem hier gezeigten Beispiel eine Stirnfläche 36e der Prozessierungskammerwand 35e, welche an der Objekthalterung 43e anliegt. In dieser Ausführungsform ist also kein Spalt zwischen dem Objekt 3 und der Prozessierungskammerwand gebildet. Stattdessen dichtet die an der Objekthalterung 43e anliegende und damit bündig abschließende Stirnfläche 36e der Prozessierungskammerwand 35e eine Prozessierungskammer 45e gegen die Vakuumkammer 2e ab, um somit innerhalb der Prozessierungskammer 45e einen gegenüber der Vakuumkammer 2e erhöhten Partialdruck eines Prozessgases aufrechtzuerhalten. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Bearbeitung des Objektes durch Aktivierung des Prozessgases mithilfe z. B. des Ionenstrahls, des Elektronenstrahls oder eines Photonenstrahls.
Ähnlich wie bei der in 4a und 4b illustrierten Prozessierungskammerwand 35d ist der erste Wandbereich 35e' mit dem zweiten Wandbereich 35e'' über den dritten Wandbereich, hier einen Gummiring (alternativ einen Faltenbalg, wie etwa aus Metall) 35e''', elastisch verbunden. Der Gummiring 35e''' ist elastisch verformbar und ermöglicht eine Formveränderung der Prozessierungskammerwand 35e bei verschiedenen Orientierungen des Objektes 3 relativ zu den Teilchenstrahlsäulen 10e und 20e. Beispielsweise befindet sich in der Schnittansicht der 5a ein auf (bezogen auf die Partikelstrahlachsen) der rechten Seite gelegener Teil des Gummirings 35e''' in einer gestreckten Konformation, während sich ein auf der linken Seite gelegener Teil des Gummirings 35e''' in einer gestauchten Konformation befindet, welche eine Auswölbung aufweist. Diese Konformationen liegen in umgekehrter Weise in der 5b vor, welche einen Zustand bei einer Orientierung des Objektes zeigt, welche von der in 5a dargestellten Orientierung verschieden ist.
5a illustriert einen Zustand des Prozessierungssystems 1e bei einer ersten Orientierung des Objekts 3 relativ zu der Elektronenstrahlsäule 10e, wobei eine Normale der Oberfläche 3' des Objekts 3 im Wesentlichen parallel zu einer Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls 11d ausgerichtet ist.
Dahingegen illustriert 5b das Prozessierungssystem 1e in einem Zustand, wobei das Objekt 3 in einer zweiten Orientierung relativ zu der Elektronenstrahlsäule 10e ausgerichtet ist, so dass die Normale der Oberfläche 3' des Objekts im Wesentlichen parallel zu einer Ausbreitungsrichtung des Ionenstrahls 21e ausgerichtet ist.
Einzelne Elemente oder Teilbereiche der Prozessierungskammerwand, welche in den verschiedenen Ausführungsformen illustriert sind, können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen einer Prozessierungskammerwand bereitzustellen, welche in Prozessierungssystemen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Beispielsweise kann zwischen der Prozessierungskammerwand (insbesondere zwischen der Stirnfläche der Prozessierungskammerwand) und dem Objekt bei verschiedenen Orientierungen des Objektes ein Spalt von im wesentlichen gleicher Breite gebildet sein. Alternativ kann die Prozessierungskammerwand (insbesondere die Stirnfläche der Prozessierungskammerwand) an dem Objekt oder der Objekthalterung bündig anliegen, wobei in letzterem Fall die Prozessierungskammerwand das Objekt vorteilhafterweise umgibt, ohne es zu kontaktieren. Damit kann eine besonders wirkungsvolle Abdichtung zwischen der Prozessierungskammer und der Vakuumkammer erreicht werden und gleichzeitig eine Beschädigung des Objektes verhindert werden.
Die Prozessierungskammerwand kann aus einem oder mehreren Wandteilen oder Wandbereichen gebildet sein, wobei die Zahl der Wandteile oder Wandbereiche 2, 3, 4, 5, 6 oder eine höhere Zahl betragen kann. Eine mechanische und/oder elektronische Steuerung zur Aufrechterhaltung einer im wesentlichen konstanten Breite b des Spaltes 42 zwischen der Stirnfläche 36 der Prozessierungskammerwand 35 und der Oberfläche 3' des Objekts 3 kann vorgesehen sein. Weiterhin kann die Prozessierungskammerwand eine dritte Öffnung für einen Durchtritt eines dritten Partikelstrahls und/oder eines Lichtstrahls (Laserstrahls) umfassen. Damit kann neben Partikelstrahlen auch ein Lichtstrahl, wie etwa ein Laserstrahl, auf die Objektoberfläche auftreffen, was bei manchen Anwendungen, beispielsweise zur Oberflächenerwärmung, zur Reaktionsaktivierung oder auch zu Analysezwecken, vorteilhaft sein kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6855938 B2 [0002, 0042, 0042]
- DE 10208043 A1 [0003]

Claims

Prozessierungssystem zum Prozessieren eines Objektes (3), umfassend: eine erste Energiestrahlführung mit einer ersten Strahloptik zum Erzeugen eines ersten Energiestrahls und Fokussieren desselben in einem innerhalb einer Vakuumkammer angeordneten Fokussierungsbereich; eine zweite Energiestrahlführung mit einer zweiten Strahloptik zum Erzeugen eines zweiten Energiestrahls und Fokussieren desselben in dem Fokussierungsbereich; wenigstens eine innerhalb der Vakuumkammer (2) derart anordenbare Prozessierungskammerwand (35), dass diese den Fokussierungsbereich (29) teilweise umgreift und eine den ersten Energiestrahl (11) und den zweiten Energiestrahl (21) umgebende, insbesondere umschließende, dem Objekt (3) zugewandte Stirnfläche (36), wenigstens einen Anschluss (37) zur Zuführung eines Prozessgases zu dem Fokussierungsbereich, eine Öffnung (38) für einen Durchtritt des ersten Energiestrahls und eine Öffnung (39) für einen Durchtritt des zweiten Energiestrahls aufweist, wobei die erste Energiestrahlsführung durch optische Komponenten gebildet oder als Teilchenstrahlsäule ausgebildet ist und der erste Energiestrahl einen Photonenstrahl, einen Elektronenstrahl bzw. einen Ionenstrahl umfasst und wobei weiterhin die zweite Energiestrahlführung als eine Elektronenstrahlsäule (10) oder eine Ionenstrahlsäule (20) ausgebildet ist und der zweite Energiestrahl einen Elektronenstrahl (11) bzw. einen Ionenstrahl (21) umfasst.
Prozessierungssystem nach Anspruch 1, wobei die erste Energiestrahlführung als eine Elektronenstrahlsäule (10) ausgebildet ist und der erste Energiestrahl einen Elektronenstrahl (11) umfasst und wobei weiterhin die zweite Energiestrahlsführung als eine Ionenstrahlsäule (20) ausgebildet ist und der zweite Energiestrahl einen Ionenstrahl (21) umfasst.
Prozessierungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Stirnfläche (36) sich im Wesentlichen in einer Ebene (40) erstreckt und die Prozessierungskammerwand (35) sich bereichsweise quer zu der Ebene (40) erstreckt.
Prozessierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Prozessierungskammerwand (35) ferner einen Anschluss (41) zum Abführen des Prozessgases von dem Fokussierungsbereich (29) umfasst.
Prozessierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Prozessierungskammerwand (35) dazu ausgebildet ist, gegenüber dem Objekt (3) so angeordnet zu werden, dass zwischen dem Objekt und der Stirnfläche (36) ein Spalt (42) mit einer Breite (b) von weniger als 200 μm, insbesondere weniger als 20 μm gebildet ist, und weiter insbesondere, dass die Stirnfläche (36) das Objekt (3) berührt.
Prozessierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend eine Objekthalterung (43), welche dazu ausgebildet ist, eine Orientierung des Objekts relativ zu einer Strahlrichtung des ersten Energiestrahls zu ändern.
Prozessierungssystem nach Anspruch 6 in Verbindung mit Anspruch 5, wobei die wenigstens eine Prozessierungskammerwand eine erste (35₁ ) und eine zweite (35₂ ) Prozessierungskammerwand umfasst, welche alternativ in der Vakuumkammer (2) anordenbar sind, wobei die erste Prozessierungskammerwand (35₁ ) dazu ausgebildet ist, den Spalt (42) bei einer ersten Orientierung des Objekts zu bilden, und wobei die zweite Prozessierungskammerwand (35₂ ) dazu ausgebildet ist, den Spalt bei einer von der ersten Orientierung verschiedenen zweiten Orientierung des Objekts zu bilden.
Prozessierungssystem nach Anspruch 6, wobei die Stirnfläche (36) dazu ausgebildet ist, das Objekt (3) zu umgeben, und die Stirnfläche (36) und die Objekthalterung (43) dazu ausgebildet sind, einander zu berühren.
Prozessierungssystem nach Anspruch 8, wobei die wenigstens eine Prozessierungskammerwand eine erste (35₁ ) und eine zweite (35₂ ) Prozessierungskammerwand umfasst, welche alternativ in der Vakuumkammer (2) anordenbar sind, wobei die Stirnfläche der ersten Prozessierungskammerwand (35₁ ) dazu ausgebildet ist, die Objekthalterung (43) bei einer ersten Orientierung des Objekts zu berühren, und wobei die Stirnfläche der zweiten Prozessierungskammerwand (35₂ ) dazu ausgebildet ist, die Objekthalterung (43) bei einer von der ersten Orientierung verschiedenen zweiten Orientierung des Objekts zu berühren.
Prozessierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Prozessierungskammerwand wenigstens zwei relativ zueinander verlagerbare Wandbereiche (35', 35'') umfasst, von denen ein erster Wandbereich (35') die Öffnung (38) für den ersten Energiestrahl (11) und die Öffnung (39) für den zweiten Energiestrahl (21) aufweist und ein zweiter Wandbereich (35'') wenigstens einen Teil der dem Objekt zugewandten Stirnfläche (36) bereitstellt.
Prozessierungssystem nach Anspruch 10, wobei der erste (35') und der zweite (35'') Wandbereich relativ zueinander um eine Schwenkachse (44) verschenkbar sind.
Prozessierungssystem nach Anspruch 10 oder 11, wobei der erste und der zweite Wandbereich einander teilweise überlappend nebeneinander angeordnet sind.
Prozessierungssystem nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der erste (35') und der zweite (35'') Wandbereich durch einen dritten Wandbereich (35''') elastisch miteinander verbunden sind.