DE112018006804T5

DE112018006804T5 - Reinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112018006804T5
Application number: DE112018006804.8T
Authority: DE
Inventors: Ryuju Sato; David Hoyle
Original assignee: Hitachi High Tech Canada Inc; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Canada Inc; Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2020-10-01
Also published as: JPWO2019155540A1; KR20200106532A; US20210043414A1; WO2019155540A1; CN111727488A; KR102475617B1; CN111727488B; US11244806B2; JP7132254B2

Abstract

Eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung 110 enthält einen Objektivtubus 111 mit einer Ladungsträgerquelle 112, eine Probenkammer 101, in der eine mit einem Ladungsträgerstrahl zu bestrahlende Probe vorgesehen ist, und eine Elektronenquelle 102 des Wärmeemissionstyps, die in der Probenkammer 101 angeordnet ist und auf einem tieferen Potential als dem einer Innenwand der Probenkammer 101 aufrechterhalten wird, wobei das Innere der Probenkammer 101 durch Elektronen (e-) gereinigt wird, die von der Elektronenquelle 102 des Wärmeemissionstyps emittiert werden, nachdem ein Heizstrom durch das Anlegen einer Spannung von einer Elektronenquellen-Leistungsversorgung 103 erzeugt worden ist. Die Elektronenquelle 102 des Wärmeemissionstyps wird durch das Anlegen einer negativen Spannung an die Elektronenquelle 102 des Wärmeemissionstyps unter Verwendung einer Vorspannungs-Leistungsversorgung 104 auf einem tieferen Potential als dem der Innenwand der Probenkammer 101 aufrechterhalten. Eine Größe der an die Elektronenquelle 102 des Wärmeemissionstyps 102 angelegten negativen Spannung beträgt vorzugsweise etwa 30 bis 1000 V, besonders bevorzugt etwa 60 bis 120 V.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung und insbesondere auf eine Reinigungstechnik zum Verringern eines Einflusses einer Verunreinigung.
Technischer Hintergrund
In einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die durch ein Elektronenmikroskop, wie z. B. ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM/STEM) und ein Rasterelektronenmikroskop (REM), verkörpert wird, tritt eine Verunreinigung auf, wenn Kohlenwasserstoffe und dergleichen auf einem Bestrahlungsobjekt, wie z. B. einer Probe, aufgrund der Einstrahlung eines Ladungsträgerstrahls abgeschieden werden. Wenn die Verunreinigung auftritt, treten verschiedene Probleme auf, z. B. wird ein S/N-Verhältnis eines Elektronenmikroskopbildes verschlechtert, wird die Form einer Probenoberfläche verändert, gehen Probeninformationen verloren und sind eine Beobachtung und eine Analyse schwierig.
Um den Einfluss einer derartigen Verunreinigung zu verringern, sind im Stand der Technik ein Verfahren zum Erwärmen eines Vorrichtungskörpers unter Verwendung von Strahlungswärme, die von einer lichtemittierenden Quelle, wie z. B. einer Heizvorrichtung, abgestrahlt wird, (siehe PTL 1), ein Verfahren zum Emittieren von ultraviolettem Licht, das von einer Excimer-Lampe abgestrahlt wird, (siehe PTL 2), und ein Verfahren zum Erzeugen eines Plasmas unter Verwendung aktivierter Sauerstoffradikale und -ionen (siehe PTL 3) bekannt. Andererseits ist ein Verfahren zum Verwenden eines W-Heizfadens, um eine Verunreinigung auf einer Probenoberfläche, die unter Verwendung eines Elektronenmikroskops beobachtet werden soll, zu entfernen, (siehe NPL 1) bekannt.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur

PTL 1: JP-A-2010-103072
PTL 2: JP-A-2015-69734
PTL 3: JP-A-2016-54136

Nichtpatentliteratur
NPL 1: J. T. Fourie, „The elimination of surface-originating contamination in electron microscopes", Optik, 52 (1978/79) Nr. 5, 421-426
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Viele der oben beschriebenen Verfahren weisen das Problem auf, dass es aufgrund eines Einflusses des durch die Wärme erzeugten Ausgasens oder der Gaseinleitung während der Plasmaerzeugung schwierig ist, das Innere der Vorrichtung in einem Ultrahochvakuum aufrechtzuerhalten. Ferner ist es schwierig, die Verfahren auf das Bestrahlungsobjekt, wie z. B. eine Probe, die gegenüber der durch Erwärmung erzeugten Wärme oder dem emittierten ultravioletten Licht empfindlich ist, anzuwenden. Ferner beabsichtigt die NPL, die Verunreinigung auf der zu beobachtenden Probenoberfläche vor der Beobachtung zu entfernen, während sie nicht beabsichtigt, die Verunreinigung in einer Probenkammer zu entfernen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Probleme einer derartigen Ladungsträgerstrahlvorrichtung zu lösen und eine Reinigungsvorrichtung zu schaffen, die einen Einfluss der Verunreinigung in einer Probenkammer verringern und ein hohes Vakuum aufrechterhalten kann.
Lösung des Problems
Um die obige Aufgabe zu lösen, schafft die Erfindung eine Reinigungsvorrichtung, die einen Objektivtubus mit einer Ladungsträgerquelle, eine Probenkammer, in der eine mit einem Ladungsträgerstrahl von der Ladungsträgerquelle zu bestrahlende Probe vorgesehen ist, und eine Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps, die in der Probenkammer angeordnet ist, enthält, wobei das Innere der Probenkammer durch die Elektronen gereinigt wird, die von der Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps emittiert werden.
Um die obige Aufgabe zu lösen, schafft die Erfindung ferner eine Reinigungsvorrichtung, die einen Objektivtubus mit einer Ladungsträgerquelle, eine Probenkammer, in der eine mit einem Ladungsträgerstrahl von der Ladungsträgerquelle zu bestrahlende Probe vorgesehen ist, und eine Elektronenquelle, die in der Probenkammer angeordnet ist und auf einem negativen Potential bezüglich der Probenkammer gehalten ist, enthält, wobei das Innere der Probenkammer durch die von der Elektronenquelle emittierten Elektronen gereinigt wird.
Vorteilhafte Wirkung
Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine Reinigungsvorrichtung zu schaffen, die eine Probenkammer reinigen kann, während das Innere der Vorrichtung auf einem Ultrahochvakuum aufrechterhalten wird, ohne die Vorrichtung zu verkomplizieren.
Figurenliste

1 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Gesamtkonfiguration einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung zeigt, die eine Reinigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 enthält.
2 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit einer lonisierungstendenz von der Energie der emittierten Elektronen zeigt.
3 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit einer mittleren freien Weglänge von der Energie der emittierten Elektronen zeigt.
4 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Gesamtkonfiguration einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung zeigt, die eine Reinigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 enthält.
5 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Reinigungsvorrichtung unter Verwendung einer Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps, die eine aktive Reflexionselektrode enthält, gemäß der Ausführungsform 3 zeigt.
6 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Reinigungsvorrichtung unter Verwendung einer Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps, die eine unabhängige passive Reflexionselektrode enthält, gemäß der Ausführungsform 4 zeigt.
7 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel zeigt, bei dem mehrere Reinigungsvorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 4 in einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung angeordnet sind.
8 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel, bei dem mehrere Reinigungsvorrichtungen gemäß den Ausführungsformen 1 bis 4 in einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung angeordnet sind, von oberhalb der Ladungsträgerstrahlvorrichtung gesehen zeigt.
9 ist eine graphische Darstellung, die einen Verarbeitungsablauf einer Reinigungsvorrichtung unter Verwendung eines Zeitgebers gemäß der Ausführungsform 5 zeigt.
10 ist eine graphische Darstellung, die einen Verarbeitungsablauf einer Reinigungsvorrichtung, die ein Vakuumgrad-Ableseverfahren ausführt, gemäß der Ausführungsform 6 zeigt.
11 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines TEM/STEM zeigt, das mit einer Reinigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 7 ausgestattet ist.
12 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel einer schematischen Konfiguration eines REM zeigt, das mit einer Reinigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 8 ausgestattet ist.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden die Ausführungsformen der Erfindung bezüglich der Zeichnungen beschrieben. Ein Elektronenstrahl in dieser Beschreibung ist ein allgemeiner Begriff für Elektronen, die von einer Elektronenquelle erzeugt werden, und enthält eine Elektronenflut in einem unfokussierten Zustand und einen in einem kleinen Bereich fokussierten Elektronenstrahl. Die Elektronen in der Elektronenflut oder im Elektronenstrahl werden auf die Sollenergie beschleunigt, um die Fähigkeit zu verbessern, Gasmoleküle aus einer Vakuumkammer und dergleichen zu trennen und zu desorbieren, und werden in einer Reinigungsvorrichtung verwendet. Ferner enthält die Elektronenquelle zusätzlich zu einer Heizelektronenquelle, d. h., einer Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps, eine Elektronenquelle des Feldemissionstyps, eine Elektronenquelle des Schottky-Typs, eine Elektronenquelle des Photoanregungstyps und dergleichen.
Ausführungsform 1
Die Ausführungsform 1 ist eine Ausführungsform einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die eine Reinigungsvorrichtung enthält. Das heißt, eine Ausführungsform der Reinigungsvorrichtung enthält einen Objektivtubus mit einer Ladungsträgerquelle, eine Probenkammer, in der eine mit einem Ladungsträgerstrahl von der Ladungsträgerquelle zu bestrahlende Probe vorgesehen ist, und eine Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps, die in der Probenkammer angeordnet ist, wobei das Innere der Probenkammer durch einen von der Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps emittierten Elektronenstrahl gereinigt wird.
1 ist eine graphische Darstellung, die eine schematische Konfiguration der Ladungsträgerstrahlvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 zeigt. In der Figur enthält eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung 110 einen Objektivtubus 111 mit einer Ladungsträgerstrahlquelle 112, eine Reinigungsvorrichtung 100 und eine Probenkammer 101, die aus einer Vakuumkammer ausgebildet ist. Die Probenkammer 101 befindet sich vorzugsweise auf einem Massepotential, wie gezeigt ist. Die Reinigungsvorrichtung 100 enthält: eine thermionische Elektronenquelle 102, die innerhalb der Probenkammer 101 vorgesehen ist; eine Elektronenquellen-Leistungsversorgung 103, die konfiguriert ist, einen Strom zum Erwärmen der Elektronenquelle 102 (der im Folgenden als ein Heizstrom bezeichnet wird) zu erzeugen; eine Vorspannungs-Leistungsversorgung 104, die konfiguriert ist, eine Spannung an die Elektronenquelle 102 anzulegen; ein Amperemeter 105, das konfiguriert ist, einen Strom von Elektronen (e^-) zu messen, der von der Elektronenquelle 102 emittiert wird, (der im Folgenden als ein Emissionsstrom bezeichnet wird); eine Steuereinheit 106, die konfiguriert ist, verschiedene Komponenten, wie z. B. die Vorspannungs-Leistungsversorgung 104, zu steuern; und eine Speichereinheit 107 zum Speichern von Steuerbedingungen der Steuereinheit 106, einer Strommenge und dergleichen. Als die Steuereinheit 106 und die Speichereinheit 107 können eine Zentraleinheit (CPU), die ein gewünschtes Funktionsprogramm ausführen kann, ein Personalcomputer (PC) und dergleichen verwendet werden. Die Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps enthält nicht nur eine Elektronenquelle des Elektronenemissionstyps, wie z. B. einen Heizfaden, die direkt erwärmt wird, sondern außerdem eine Elektronenquelle des Elektronenemissionstyps, die indirekt erwärmt wird, wobei ein Energiebereich der Elektronenquelle 30 bis 1000 eV beträgt und für ein System einstellbar ist.
Als die Elektronenquelle 102 kann ein Heizfaden oder irgendein anderes Element gewählt werden, das die oben beschriebene Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps ist. Als das andere Element kann z. B. eine Elektronenquelle des Feldemissionstyps, eine Elektronenquelle des Schottky-Typs, eine Elektronenquelle des Photoanregungstyps und dergleichen gewählt werden. In Anbetracht der Einfachheit der Konfiguration und einer erforderlichen Emissionsstrommenge ist es jedoch erwünscht, die Elektronen durch thermionische Emission aus dem Heizfaden zu erzeugen, der die Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps ist.
Als ein Material des Heizfadens kann Wolfram (W) oder Iridium (Ir) gewählt werden. Wenn der Heizfaden hier zu heiß wird, verdampft das Material des Heizfadens und haftet dann an der Innenseite der Probenkammer 101 an, so dass das Innere der Probenkammer 101 verunreinigt werden kann. Durch das Auswählen eines Materials, das Thoriumoxid (ThO₂) enthält, wie z. B. thoriertes Wolfram, als das Material des Heizfadens wird eine Austrittsarbeit des Heizfadens verringert, wobei eine Betriebstemperatur des Heizfadens außerdem verringert wird, so dass eine Möglichkeit einer Verunreinigung aufgrund des Heizfadens verringert werden kann.
Ungleich zur Reinigungsvorrichtung in der verwandten Technik erfordert die Reinigungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform keine Gaseinleitung oder -erwärmung während des Reinigens, wobei folglich das Reinigen ausgeführt werden kann, wenn die Probenkammer 101 auf einem Ultrahochvakuum von z. B. 1 × 10^-3 Pa oder kleiner aufrechterhalten wird. Wenn andererseits ein Heizfaden für die Elektronenquelle 102 verwendet wird, wie oben beschrieben worden ist, arbeitet die Reinigungsvorrichtung 100 sogar bei einem relativ geringen Vakuumgrad, weil der Heizfaden bei 1 × 10^-1 Pa arbeiten kann.
Die Vorspannungs-Leistungsversorgung 104 bestimmt die Energie der von der Elektronenquelle 102 emittierten Elektronen. Wie im Folgenden beschrieben wird, beträgt die an die Elektronenquelle 102 durch die Vorspannungs-Leistungsversorgung 104 angelegte Spannung bevorzugt etwa 30 bis 1000 V und besonders bevorzugt etwa 60 bis 120 V.
Je höher der Reinigungswirkungsgrad, desto kürzer ist die erforderliche Reinigungszeit. Der Reinigungswirkungsgrad der Reinigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform nimmt zu, wenn eine Menge der von der Elektronenquelle 102 emittierten Elektronen (im Folgenden der Emissionsstrom) zunimmt. Die Erhöhung des Reinigungswirkungsgrades kann leicht erreicht werden, indem der Heizstrom der Elektronenquellen-Leistungsversorgung 103 erhöht wird und ein Heizfaden weiter erwärmt wird, wenn der Heizfaden als die Elektronenquelle 102 des Wärmeemissionstyps verwendet wird.
Andererseits ist es von einem Standpunkt des Verringerns der Kapazität der Elektronenquellen-Leistungsversorgung 103 und der Verdampfung des oben beschriebenen Heizfadenmaterials wünschenswert, die Heizfadenerwärmung zu minimieren. Der Reinigungswirkungsgrad variiert in Abhängigkeit von einer Kapazität und Sauberkeit der Probenkammer 101 und einem Typ einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung, wobei aber basierend auf den experimentellen Ergebnisse, z. B. unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops, festgestellt wird, dass eine bevorzugte Umgebung für eine Probenbeobachtung durch das Reinigen mit einem Emissionsstrom von 2 bis 3 µA während etwa 10 Stunden oder mit einem Emissionsstrom von 10 µA während etwa 2 Stunden erzeugt werden kann.
Eine Präzisionssteuerung des Reinigungswirkungsgrads kann durch das Steuern des Heizstroms der Elektronenquelle erreicht werden. Der Emissionsstrom variiert unter den Einflüssen der Stabilität einer Heizfadentemperatur und eines Vakuumgrades in der Probenkammer. Durch das Überwachen der Änderung des Emissionsstroms und das Rückkoppeln der Änderung zu dem Heizstrom kann eine Stabilisierung des Reinigungswirkungsgrads erreicht werden. In diesem Fall enthält die Reinigungsvorrichtung 100 vorzugsweise: das Amperemeter 105 zum Überwachen des Emissionsstroms; die Steuereinheit 106 zum Empfangen einer Ausgabe des Amperemeters 105; und die Speichereinheit 107 zum Speichern der Steuerbedingungen und dergleichen der Steuereinheit 106. Diese Komponenten sind jedoch hinsichtlich eines Reinigungsprinzips nicht wesentlich, wobei die Reinigungsvorrichtung 100 eine Konfiguration ohne diese Komponenten aufweisen kann.
Es wird ferner in Betracht gezogen, dass ein Fortschritt der Reinigens der Probenkammer 101 aus dem durch das Amperemeter 105 überwachten Emissionsstrom abgelesen werden kann. Wie später beschrieben wird, führt die Reinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Reinigen durch das Erzeugen von Gasmolekülen durch Elektronenstrahlbestrahlung und das Abpumpen der Gasmoleküle durch eine Vakuumpumpe aus. Deshalb nimmt der Druck in der Probenkammer ab, wenn die Reinigung fortschreitet. Wie oben beschrieben worden ist, wird der Emissionsstrom durch den Vakuumgrad in der Probenkammer beeinflusst. Deshalb kann die Steuereinheit 106 die Sauberkeit in der Probenkammer durch das Aufklären einer Beziehung zwischen dem Emissionsstrom und dem Vakuumgrad erfassen. Ferner kann durch das Anordnen eines Vakuummeters 115 in der Probenkammer und das direkte Ablesen des Vakuumgrades in der Probenkammer mit dem Vakuummeter 115 die Sauberkeit in der Vakuumkammer in ähnlicher Weise ohne Verwendung des Amperemeters 105 erkannt werden.
Entsprechend ist es sogar während des Reinigens möglich, zu bestätigen, ob eine ausreichende Sauberkeit in der Probenkammer erhalten wird, wobei das Reinigen in einer notwendigen und ausreichenden Zeit ausgeführt werden kann.
Hier werden das Auftreten einer Verunreinigung und ein Reinigungsprinzip der Reinigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Gemäß der PTL 1 wird in Betracht gezogen, dass eine Verunreinigung auftritt, wenn Kohlenwasserstoffmoleküle in einem Vakuum zu einem Ladungsträgerstrahl angezogen werden und die Kohlenwasserstoffmoleküle und der Ladungsträgerstrahl auf der Probe abgeschieden werden. Es ist außerdem bekannt, dass die Kohlenwasserstoffmoleküle an einem Element innerhalb der Probenkammer anhaften und die Kohlenwasserstoffmoleküle in das Vakuum diffundieren, indem das Element mit einem Teil des gestreuten Elektronenstrahls bestrahlt wird. Deshalb kann gesagt werden, dass die Entfernung der Kohlenwasserstoffmoleküle in der Probenkammer ein wirksames Verfahren ist, um das Auftreten der Verunreinigung zu verringern.
Wie oben beschrieben worden ist, ist es wichtig, vor der Bestrahlung mit dem Ladungsträgerstrahl die Kohlenwasserstoffmoleküle, die an dem Element innerhalb der Probenkammer anhaften (die im Folgenden als die anhaftenden Moleküle bezeichnet werden), aus der Probenkammer zu entfernen. Um die anhaftenden Moleküle zu entfernen, ist es notwendig, den anhaftenden Molekülen etwas Energie zuzuführen, um die anhaftenden Moleküle zu desorbieren und die anhaftenden Moleküle durch die Vakuumpumpe aus der Probenkammer abzupumpen. In der Reinigungsvorrichtung in der verwandten Technik werden die anhaftenden Moleküle durch das Erwärmen eines Elements oder das Bestrahlen des Elements mit ultraviolettem Licht desorbiert.
Im Gegensatz lässt die Reinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die anhaftenden Moleküle gemäß den folgenden beiden Prinzipien ab. Ein Prinzip ist, die anhaftenden Moleküle durch Elektronenstrahlbestrahlung zu ionisieren und zu desorbieren, während das andere Prinzip ist, Wassermoleküle und Sauerstoffmoleküle im Vakuum durch Elektronenstrahlbestrahlung zu ionisieren und die anhaftenden Moleküle durch die Wassermoleküle und die Sauerstoffmoleküle zu ätzen. In jedem Fall beeinflusst die lonisierungstendenz der Moleküle den Reinigungswirkungsgrad.
Hier hängt der lonisationswirkungsgrad der Moleküle von der Energie der emittierten Elektronen ab. 2 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der lonisierungstendenz von der Energie der emittierten Elektronen zeigt. Es ist ersichtlich, dass C₂H₂, das ein Typ eines Kohlenwasserstoffs ist, am leichtesten ionisiert wird, wenn die Elektronen eine Energie von etwa 60 bis 120 eV aufweisen. Ferner werden andere Elemente leicht ionisiert, wenn Elektronen eine Energie von etwa 30 bis 1000 eV aufweisen.
Andererseits ist in Anbetracht einer Wechselwirkung mit den anhaftenden Molekülen der Reinigungswirkungsgrad umso höher, je kürzer die mittlere freie Weglänge ist. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit der mittleren freien Weglänge von der Energie der emittierten Elektronen zeigt. Es ist ersichtlich, dass die mittlere freie Weglänge der Elektronen am kürzesten ist, wenn die Elektronen eine Energie von etwa 30 bis 60 eV aufweisen, obwohl die mittlere freie Weglänge in Abhängigkeit von dem Bestrahlungsobjekt variiert. Deshalb wird in Betracht gezogen, dass der lonisationswirkungsgrad im Energieband verbessert ist. Es wird in Betracht gezogen, dass die anhaftenden Moleküle sogar bei einer anderen Energie ionisiert werden können, wenn die Elektronen eine Energie von etwa 10 bis 1000 eV aufweisen.
Wie oben beschrieben worden ist, beträgt von einem Standpunkt des lonisationswirkungsgrads der Moleküle und der mittleren freien Weglänge der Elektronen die durch die Vorspannungs-Leistungsversorgung 104 der Reinigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform an die Elektronenquelle 102 angelegte Spannung vorzugsweise etwa 30 bis 1000 V und besonders bevorzugt etwa 60 bis 120 V. In den tatsächlichen experimentellen Ergebnissen wird bestätigt, dass eine effektive Reinigungswirkung bei einer Energie von etwa 100 eV erhalten wird.
Ausführungsform 2
Die Ausführungsform 2 ist eine Ausführungsform einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die zusätzlich zur Konfiguration der Ausführungsform 1 eine Reinigungsvorrichtung enthält, in der eine negative Spannung an einen Probentisch in einer Probenkammer angelegt ist.
Wie oben beschrieben worden ist, bestrahlt die Reinigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 die Probenkammer 101 mit einem Elektronenstrahl von mehreren µA. Wenn eine für die Elektronenstrahlbestrahlung unpassende Probe in der Probenkammer vorgesehen ist, kann deshalb die Probe ungünstig beeinflusst werden. Ein Beispiel der Probe, die für die Elektronenstrahlbestrahlung unpassend ist, enthält hier eine Probe, die einen Isolator enthält, oder eine Probe, die eine Substanz enthält, die durch die Elektronenstrahlbestrahlung zerstört wird. Im Fall eines Elektronenmikroskops, das ein Beispiel der Ladungsträgerstrahlvorrichtung ist, akkumulieren sich z. B. die elektrischen Ladungen im Isolatorabschnitt, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, wenn ein Elektronenstrahl auf die Probe, die den Isolator enthält, emittiert wird, wobei ein Einfluss des Verzerrens eines beobachteten Bildes in Betracht gezogen wird.
Um das Auftreten des oben beschriebenen ungünstigen Einflusses zu verhindern, wird deshalb in der vorliegenden Ausführungsform das Eindringen des Elektronenstrahls in die Nähe der Probe verhindert, indem der Probentisch, auf dem die Probe angeordnet ist, auf ein negatives Potential gesetzt ist, das höher als die Energie des Elektronenstrahls ist.
4 zeigt ein Beispiel einer Gesamtkonfiguration der Reinigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform. Zusätzlich zu der Konfiguration der Ausführungsform 1 ist eine Verzögerungs-Leistungsversorgung 109 zum Anlegen einer negativen Spannung an einen Probentisch 108 vorgesehen. Wenn z. B. die Vorspannungs-Leistungsversorgung 104 eine Spannung von -100 V bezüglich der Probenkammer 101 auf dem Massepotential an die Elektronenquelle 102 anlegt, wird die Energie der Elektronen in der Nähe der Probenkammer etwa 100 eV. Falls zu diesem Zeitpunkt eine Spannung von -150 V durch die Verzögerungs-Leistungsversorgung 109 an den Probentisch 108 angelegt ist, kann der Elektronenstrahl den Probentisch nicht erreichen und kann eine Trajektorie vor Erreichen der Probe gebogen werden. Deshalb kann die Elektronenstrahlbestrahlung auf die Probe verhindert werden.
Ein Rasterelektronenmikroskop, das ein Beispiel der Ladungsträgerstrahlvorrichtung ist, kann eine Leistungsversorgung zum Anlegen einer negativen Spannung an den Probentisch enthalten, um eine hochauflösende Beobachtung zu erreichen. In einer derartigen Ladungsträgerstrahlvorrichtung kann die Probe vor der Elektronenstrahlbestrahlung geschützt werden, ohne eine Notwendigkeit, die Verzögerungs-Leistungsversorgung 109 neu einzuführen.
Ausführungsform 3
Die Ausführungsform 3 ist eine Ausführungsform einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die eine Reinigungsvorrichtung unter Verwendung einer Elektronenquelle, die eine aktive Reflexionselektrode enthält, enthält. In der vorliegenden Ausführungsform ist als ein Verfahren zum effizienteren Ausführen des Reinigens, wie in 5 gezeigt ist, eine aktive Reflexionselektrode 113 auf einer Rückseite der Elektronenquelle 102 in der Vakuumkammer der Probenkammer angeordnet. An die aktive Reflexionselektrode 113 ist eine Spannung angelegt, so dass sie bezüglich der Probenkammer 101 ein negatives Potential ist. In 5 ist für einen Zweck, die Leistungsversorgung nicht zu vergrößern, ein Ausgang aus der Vorspannungs-Leistungsversorgung 104 mit der aktiven Reflexionselektrode 113 verbunden, wobei aber eine separate Leistungsversorgung bereitgestellt werden kann.
Die von der Elektronenquelle 102 emittierten Elektronen werden grundsätzlich gleichmäßig in alle Richtungen emittiert. Wenn jedoch die Elektronenquelle 102 z. B. an einem Ende der Probenkammer 101 befestigt ist, wie in 5 gezeigt ist, weist eine von der Elektronenquelle 102 weit entfernte Probenkammerwandfläche einen kleinen Raumwinkel auf, der von der Elektronenquelle 102 gesehen werden kann, so dass die Elektronenmenge, die erreicht werden kann, außerdem abnimmt. Es ist ein Zweck der aktiven Reflexionselektrode 113, durch das Beeinflussen einer Elektronenemissionsrichtung die Probenkammer 101 effizienter mit den Elektronen zu bestrahlen.
Die Trajektorie der Elektronen wird durch ein elektrisches Feld, das durch die aktive Reflexionselektrode 113 gebildet wird, die auf einem negativen Potential bezüglich der Probenkammer 101 aufrechterhalten wird, von der aktiven Reflexionselektrode 113 in Richtung auf die Seite der Probenkammer gebogen. Deshalb kann das Reinigen effizienter ausgeführt werden, indem die aktive Reflexionselektrode 113 auf der Rückseite der Elektronenquelle 102 in einer Richtung angeordnet wird, in der die Elektronen emittiert werden sollen. Wenn eine Leistungsversorgung, die mit der Leistungsversorgung 111 für die aktive Reflexion verbunden ist, getrennt von der Vorspannungs-Leistungsversorgung 105 bereitgestellt ist, können durch das Anlegen einer Spannung an die Elektronenquelle 102, so dass sie ein negatives Potential aufweist, mehr Elektronen in Richtung auf die Probenkammer 101 emittiert werden.
Ausführungsform 4
Die Ausführungsform 4 ist eine Ausführungsform einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die eine Reinigungsvorrichtung unter Verwendung einer Elektronenquelle, die eine unabhängige passive Reflexionselektrode enthält, enthält. Wie in 6 gezeigt ist, kann bei einer Konfiguration, bei der die passive Reflexionselektrode 114 auf der Rückseite der Elektronenquelle 102 in der Vakuumkammer der Probenkammer angeordnet ist, eine zu der der Ausführungsform 3 ähnliche Wirkung erhalten werden. Hier ist die passive Reflexionselektrode 114 eine Elektrode, die durch die Elektronenstrahlbestrahlung negativ geladen wird. Es kann z. B. ein Metall, das von der Umgebung elektrisch isoliert ist, oder ein Isolator, der durch die Elektronenstrahlbestrahlung ein negatives Potential wird, verwendet werden.
Wenn im Fall der in 6 gezeigten Konfiguration begonnen wird, Elektronen aus der Elektronenquelle 102 zu emittieren, ist ein Potential der passiven Reflexionselektrode 112 fast das gleiche wie das Massepotential, so dass die Elektronen aus der Elektronenquelle 102 gleichmäßig in alle Richtungen emittiert werden. Ein Teil der emittierten Elektronen erreicht die passive Reflexionselektrode 114 und verursacht die Akkumulation eines negativen Potentials. Das negative Potential wird weiterhin akkumuliert, so lange wie die emittierten Elektronen weiterhin die passive Reflexionselektrode 114 erreichen. Wenn ein bestimmter Wert des negativen Potentials erreicht ist, werden die Elektronen aufgrund eines elektrischen Feldes zwischen der passiven Reflexionselektrode 114 und der Probenkammer 101 gebogen, wobei die Elektronen folglich die passive Reflexionselektrode 114 nicht erreichen können und die Akkumulation des negativen Potentials aufhört.
In diesem Zustand wird eine Trajektorie der Elektronen weiterhin in Richtung auf die Probenkammer gebogen, während die passive Reflexionselektrode 114 auf einem konstanten negativen Potential aufrechterhalten wird. Deshalb kann ähnlich zu der aktiven Reflexionselektrode 113 nach 5 die Elektronenemissionsrichtung beeinflusst werden.
In dem Fall der passiven Reflexionselektrode 114 der vorliegenden Ausführungsform ist es schwierig, die Spannung zu steuern, um die Elektronenemissionsrichtung feinzusteuern, wobei aber eine Funktion als eine Reflexionselektrode leichter erreicht werden kann, weil es keine Notwendigkeit für eine neue Leistungsversorgung oder Verbindung mit einer Leistungsversorgung gibt.
Die aktive Reflexionselektrode 113 und die passive Reflexionselektrode 114 sind keine wesentlichen Strukturen für das Funktionieren der Reinigungsvorrichtung 100, weil es nur der Zweck ist, den Reinigungswirkungsgrad zu verbessern.
In der oben beschriebenen Konfiguration der Reinigungsvorrichtung jeder Ausführungsform gehen die von der Elektronenquelle 102 emittierten Elektronen geradeaus, wenn nicht eine Kraft von einem elektrischen Feld oder einem Magnetfeld ausgeübt wird. Deshalb weist die Probenkammer einen Ort auf, der nicht erreicht werden kann und der von der Elektronenquelle 102 betrachtet aufgrund einer Abschirmung, wie z. B. des Objektivtubus 111, als ein Schatten erscheint. Um den nicht erreichbaren Bereich effektiv zu reinigen, ist es effektiv, die Reinigungsvorrichtungen 100 an mehreren Orten anzuordnen.
Falls es ein Zweck ist, den nicht erreichbaren Bereich mit Elektronen zu bestrahlen, ist es natürlich wünschenswert, dass die Reinigungsvorrichtung 100 wie gewünscht aus verschiedenen Winkeln bezüglich der Abschirmung angeordnet ist. Falls z. B., wie in 7 gezeigt ist, eine Elektronenquelle 102a einer Reinigungsvorrichtung 100a und eine Elektronenquelle 102b einer Reinigungsvorrichtung 100b an der Ladungsträgerstrahlvorrichtung 110 so angeordnet sind, dass sie mit der dazwischen angeordneten Abschirmung einander zugewandt sind, können die Elektronen effizient zu den voneinander nicht erreichbaren Bereichen emittiert werden.
Alternativ können die nicht erreichbaren Bereiche ergänzt werden, ohne die Abschirmung dazwischen anzuordnen. In einer in 8 gezeigten Anordnung sind die Reinigungsvorrichtung 100a, die Reinigungsvorrichtung 100b und eine Reinigungsvorrichtung 100c bezüglich des Objektivtubus 111 nicht einander zugewandt, wobei aber die jeweiligen nicht erreichbaren Bereiche mit Elektronen bestrahlt werden können.
Aus dem Obigen wird als eine allgemeinere Interpretation, wie in 7 gezeigt ist, der Wirkungsgrad der Elektronenbestrahlung des nicht erreichbaren Bereichs verbessert, wobei folglich der Reinigungswirkungsgrad verbessert werden kann, wenn ein Abstand zwischen einer Mittelachse (optischen Achse) des Objektivtubus 111 und der Elektronenquelle 102a La ist, ein Abstand zwischen der Mittelachse und der Elektronenquelle 102b Lb ist und ein Abstand zwischen der Elektronenquelle 102a und der Elektronenquelle 102b La - b ist, solange wie La - b > La und La - b > Lb in der Anordnung erfüllt sind.
Hier ist der Objektivtubus 111 als ein Beispiel der Abschirmung gezeigt. Alternativ kann eine Struktur in der Ladungsträgerstrahlvorrichtung 110, wie z. B. ein Probentisch und ein Mechanismus zum Bewegen des Probentisches, eine Abschirmung sein. Um die nicht erreichbaren Bereiche, die durch mehrere Abschirmungen erzeugt werden, zu ergänzen, kann es vorteilhaft sein, mehr als zwei Reinigungsvorrichtungen 100 anzuordnen.
In einem Fall, in dem die mehreren Reinigungsvorrichtungen 100 geerdet sind, ohne die Abschirmungen und die nicht erreichbaren Bereiche zu berücksichtigen, sind ferner mehrere Elektronenquellen 102 in der Probenkammer 101 angeordnet, so dass das Reinigen ohne ein Öffnen zur Atmosphäre fortgesetzt werden kann, selbst wenn eine Störung in einem Heizfaden auftritt.
Ausführungsform 5
Weil die Reinigungsvorrichtung 100 der oben beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 4 eine Zeitgeberfunktion aufweist, kann ein für den Anwender freundlicheres Verwendungsverfahren geschaffen werden. Die Ausführungsform 5 ist eine Ausführungsform einer Reinigungsvorrichtung des Zeitgebertyps. Das heißt, in der Ausführungsform führt eine Steuereinheit die Steuerung so aus, dass eine Vorspannung durch eine Vorspannungs-Leistungsversorgung angelegt wird, dann ein Heizstrom einer Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps zugeführt wird und nach dem Ablauf einer festgelegten Zeit eines Zeitgebers der Heizstrom ausgeschaltet wird und die Vorspannung ausgeschaltet wird. Falls z. B. festgelegt ist, dass die Reinigungsvorrichtung 100 nachts arbeitet, wenn die Ladungsträgerstrahlvorrichtung 110 nicht verwendet wird, und morgens ausgeschaltet wird, muss der Anwender durch das Zeitgeberverfahren der vorliegenden Ausführungsform die Reinigungsvorrichtung nicht ausschalten.
9 zeigt einen Betriebsablaufplan der Reinigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung des Zeitgebers. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Betriebsablauf unter der Annahme beschrieben, dass ein Wolfram-Heizfaden als die Elektronenquelle 102 mit der Konfiguration der Ausführungsformen 1 bis 4 verwendet wird. Alternativ kann, wie oben beschrieben worden ist, irgendein Element als eine Elektronenquelle verwendet werden. Ferner werden in der folgenden Beschreibung die Zahlenwerte der Vorspannung und des Heizstroms als ein Beispiel beschrieben, wobei aber es nicht notwendig ist, eine tatsächliche Vorrichtung mit diesen Zahlenwerten zu betreiben.
Zuerst legt der Anwender im Voraus eine Reinigungszeit fest. Danach wird, wenn die Reinigungsvorrichtung 100 unter der Steuerung der Steuereinheit 106 gestartet wird, zuerst eine Vorspannung von -100 V an den Heizfaden angelegt (S701). Danach wird dem Heizfaden ein Heizstrom von 1A zugeführt (S702). Nachdem ein Emissionsstrom bestätigt worden ist, wird der Zeitgeber gestartet, wobei eine vergangene Zeit erhalten wird (S703, S704).
Hier ist die Vorspannung ein fester Wert, wobei aber der Heizstrom von einer Änderung des Emissionsstroms rückgekoppelt wird. Weil die Emission nicht auftritt, wenn nicht der Heizfaden erwärmt wird, führt die Steuereinheit 106 zuerst den Heizstrom von 1A als einen Anfangswert zu, wobei sie zur Regelung wechselt, wenn die Elektronenemission beginnt. Falls z. B. ein Soll-Emissionsstrom 2 mA beträgt und ein Emissionsstrom, der gemessen wird, wenn der Heizstrom von 1A beträgt, 3 mA beträgt, führt die Steuereinheit 106 eine Steuerung aus, wie z. B. das Verringern des Heizstroms auf 0,9 A.
Wenn die Steuereinheit 106 erkennt, dass die im Voraus festgelegte Zeit vergangen ist (S705), schaltet die Steuereinheit 106 den Heizstrom und die Vorspannung in dieser Reihenfolge aus (S706, S707). Um den Heizfaden schließlich abzukühlen, wartet die Verarbeitung während 30 Minuten (S708).
Wenn der Heizfaden in einem erwärmten Zustand der Atmosphäre ausgesetzt wird, kann die Oxidation fortschreiten und kann der Heizfaden beschädigt werden. Indem dem Anwender eine Wartezeit gemeldet wird, ist es möglich, zu melden, dass sich die Probenkammer 101 in einem Zustand befindet, in dem die Probenkammer 101 nicht zur Atmosphäre geöffnet werden kann. Ferner kann das Öffnen zur Atmosphäre während des Erwärmens und des Abkühlens des Heizfadens durch das Wirken auf die Seite der Ladungsträgerstrahlvorrichtung gesperrt werden.
Um die obige Prozedur zu implementieren, muss die Reinigungsvorrichtung 100 eine Steuereinheit zum Steuern einer Leistungsversorgung, eine Eingabeeinheit zum Festlegen einer Betriebszeit und einen Monitor zur Anzeige einer verbleibenden Zeit enthalten. Es ist selbstverständlich, dass die Reinigungsvorrichtung 100 unter Verwendung der oben beschriebenen CPU und des oben beschriebenen PCs einfach konfiguriert werden kann. Diese Komponenten sind jedoch keine wesentlichen Strukturen für das Funktionieren der Erfindung.
Hier ist es ein Zweck des Anlegens der Vorspannung vor dem Erwärmen des Heizfadens, ein Risiko einer Überhitzung des Heizfadens zu verringern. Falls der Heizfaden eine Variation des Drahtdurchmessers aufweist, variiert die Temperatur, selbst wenn der gleiche Heizstrom zugeführt wird, wobei aber die Temperatur des Heizfadens durch das Steuern des Emissionsstroms, so dass er konstant ist, gemangt werden kann.
Falls jedoch der Heizfaden erwärmt wird, bevor die Vorspannung angelegt wird, werden keine Elektronen emittiert, bis die Vorspannung angelegt wird, so dass der Heizfaden nicht überhitzt werden kann. Die Überhitzung des Heizfadens verursacht eine Beschädigung des Heizfadens und eine Verdampfung des Wolframs aus dem Heizfaden. Diese Risiken können verringert werden, indem die Reinigungsvorrichtung 100 gemäß der in 9 beschriebenen Prozedur der vorliegenden Ausführungsform betrieben wird. Ferner wird in einem Endablauf des Reinigens der Heizstrom ausgeschaltet, bevor die Vorspannung für den gleichen Zweck ausgeschaltet wird.
Um eine Überhitzung des Heizfadens zu verhindern, ist es hier ausreichend, dass der Heizstrom genau unter einen Zielwert des Emissionsstroms gesteuert werden kann, bei dem die Temperatur des Heizfadens hoch wird. Deshalb ist es nicht notwendig, die Vorspannung in einem Heizstromwertebereich, in dem klar ist, dass die Temperatur des Heizfadens tief ist, im Voraus anzulegen.
Es kann z. B. ein Verfahren verwendet werden, bei dem nur ein kleiner Heizstrom zugeführt wird, bevor die Vorspannung angelegt wird, und der Heizstrom auf einen Zielwert erhöht wird, nachdem die Vorspannung angelegt worden ist. Ferner kann, wenn das Reinigen abgeschlossen ist, eine Prozedur verwendet werden, bei der der Heizstrom verringert wird, dann die Vorspannung ausgeschaltet wird und der Heizstrom ausgeschaltet wird.
Ausführungsform 6
Wie oben beschrieben worden ist, kann durch Ablesen eines Vakuumgrades vorhergesagt werden, ob während des Reinigens eine ausreichende Sauberkeit in der Probenkammer erreicht worden ist. Als die Ausführungsform 6 wird eine Ausführungsform eines Vakuumgrad-Ableseverfahrens zum Bestimmen einer Betriebszeit der Reinigungsvorrichtung 100 basierend auf dem Vakuumgrad beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform ist eine Ausführungsform, bei der eine Steuereinheit eine Steuerung ausführt, so dass durch eine Vorspannungs-Leistungsversorgung eine Vorspannung angelegt wird, dann ein Heizstrom einer Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps zugeführt wird, der Vakuumgrad in der Probenkammer gemessen wird und, wenn ein Zielvakuumgrad erreicht ist, der Heizstrom ausgeschaltet wird und die Vorspannung ausgeschaltet wird.
10 zeigt einen Ablaufplan der vorliegenden Ausführungsform. In der Figur gibt der Anwender zuerst den Zielvakuumgrad im Voraus ein. Danach werden unter der Steuerung der Steuereinheit 106 die Vorspannung und der Heizstrom in dieser Reihenfolge betrieben (S701, S702). Während des Reinigens wird der Vakuumgrad in der Probenkammer durch das oben beschriebene Verfahren gemessen (S801). Falls der Vakuumgrad unter den im Voraus festgelegten Zielvakuumgrad fällt (S802), werden der Heizstrom und die Vorspannung in dieser Reihenfolge ausgeschaltet, wobei das Reinigen abgeschlossen ist (S706, S707). Danach wartet die Verarbeitung während einer Abkühlzeit des Heizfadens (S708).
Um die obige Prozedur zu implementieren, muss die Reinigungsvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform ähnlich zur Ausführungsform 5 eine Steuereinheit zum Steuerung einer Leistungsversorgung, eine Eingabeeinheit zum Festlegen des Zielvakuumgrades und ein Vakuummeter zum Messen des Vakuumgrades enthalten. Diese Komponenten sind jedoch keine wesentlichen Strukturen für das Funktionieren der Erfindung.
Ausführungsform 7
Die Ausführungsform 7 ist eine Ausführungsform eines TEM oder eines STEM, das mit der Reinigungsvorrichtung gemäß jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgestattet ist. 11 ist eine graphische Darstellung, die eine Gesamtkonfiguration des TEM oder des STEM einschließlich einer Reinigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
In der Figur durchquert ein von einer Elektronenkanone 201 emittierter Elektronenstrahl eine Elektronensäule 202, wobei er eine Probe auf einem Probentisch 205 durchquert, als ein Probenbild in eine Projektionskammer 208 projiziert wird und durch eine Kamera in einer Kamerakammer 209 photographiert wird. Wie in den Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben worden ist, sind die Reinigungsvorrichtungen 214 über ein Vakuumabzugsrohr 204 an der Elektronensäule 202 in der Nähe des Probentisches 205 angeordnet. In der Figur bezeichnet 203 eine lonenpumpe, bezeichnen 206 und 210 Hochvakuumpumpen, bezeichnen 207 und 211 Grobpumpen, bezeichnet 212 ein Spektrometer und bezeichnet 213 ein Vakuumventil. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann der Probentisch durch die Reinigungsvorrichtungen 214 gereinigt werden, während ein Ultrahochvakuum innerhalb der TEM- oder der STEM-Vorrichtung aufrechterhalten wird.
Ausführungsform 8
Die Ausführungsform 8 ist eine Ausführungsform eines REM, das mit der oben beschriebenen Reinigungsvorrichtung jeder Ausführungsform ausgestattet ist. 12 ist eine graphische Darstellung, die eine Gesamtkonfiguration des REM einschließlich einer Reinigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
In der Figur durchquert ein von der Elektronenkanone 201 emittierter Elektronenstrahl eine Vakuumsäule 215, wobei er über ein Objektiv 216 eine Probenoberfläche eines Probentisches 217 einer Vakuumkammer 218, die eine Probenkammer bildet, abtastet. Dann wird durch das Detektieren der Sekundärelektronen und dergleichen von einer Probe ein REM-Bild erzeugt. Die Reinigungsvorrichtungen 214 sind in der Vakuumkammer 218, die die Probenkammer ist, und außerdem an einer Probenladeschleuse 220 wie in den Ausführungsformen 1 und 2 angeordnet. In dieser Konfiguration kann die Probenoberfläche durch die an der Probenladeschleuse 220 befestigten Reinigungsvorrichtungen 214 gereinigt werden. Die Vakuumkammer 218 und die Probenoberfläche befinden sich vorzugsweise auf dem Massepotential, wenn die Vakuumkammer 218 und die Probenoberfläche gereinigt werden. In der Figur bezeichnet 203 eine lonenpumpe, bezeichnen 206 und 210 Hochvakuumpumpen, bezeichnen 207 und 211 Grobpumpen, bezeichnet 219 ein Probenventil zwischen der Vakuumkammer 218 und der Probenladeschleuse 220 und bezeichnet 221 einen Probenstab. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die Probenkammer und die Probe gereinigt werden, während ein Ultrahochvakuum innerhalb der REM-Vorrichtung aufrechterhalten wird.
Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen eingeschränkt und enthält verschiedene Modifikationen. Das TEM/STEM und das REM sind als die Beispiele der Ladungsträgerstrahlvorrichtung beschrieben worden, auf die die Reinigungsvorrichtung der Erfindung angewendet wird. Alternativ kann die Reinigungsvorrichtung selbstverständlich auf eine weitere Ladungsträgerstrahlvorrichtung, wie z. B. ein CDSEM, ein FIB und ein Zweistrahl-FIB, angewendet werden, um eine Kohlenwasserstoffmenge in der Vorrichtung zu verringern. Ferner kann die Reinigungsvorrichtung in einer Mittel- bis Ultrahochvakuumvorrichtung von etwa 1 × 10^-1 Pa bis 1 × 10^-12 Pa, die eine geringe Kohlenwasserstoffmenge erfordert, als ein Reinigungssystem verwendet werden. Gleichzeitig kann das Reinigungssystem außerdem auf das Reinigen einer Probe oder das Reinigen eines zu einem ausreichenden Vakuum evakuierten Probenanschlusses angewendet werden, falls das Reinigungssystem richtig eingestellt ist.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind zum besseren Verständnis der Erfindung ausführlich beschrieben worden und sind nicht notwendigerweise auf die Ausführungsformen eingeschränkt, die alle der oben beschriebenen Konfigurationen enthalten. Ferner kann ein Teil der Konfiguration einer Ausführungsform durch die Konfiguration einer weiteren Ausführungsform ersetzt werden, während die Konfiguration einer weiteren Ausführungsform zu der Konfiguration der einen Ausführungsform hinzugefügt werden kann. Ferner kann ein Teil der Konfiguration jeder Ausführungsform zu einer weiteren Konfiguration hinzugefügt, weggelassen oder durch eine weitere Konfiguration ersetzt werden. In jeder obigen Ausführungsform können z. B. mehrere Elektronenquellen des gleichen Typs oder verschiedener Typen angeordnet sein, obwohl ein Beispiel beschrieben worden ist, in dem nur eine Elektronenquelle angeordnet ist. Das heißt, falls mehrere Heizfäden parallel verwendet werden, kann der Fluss vergrößert werden, wobei, selbst wenn eine Störung in einem Heizfaden auftritt, das Reinigen unter gleichzeitiger, aber unabhängiger Verwendung von zwei oder mehr Heizfäden ohne das Öffnen zur Atmosphäre fortgesetzt werden kann. Ferner können mehrere verschiedene Typen von Elektronenquellen vorgesehen sein und in einem weiten Bereich des Vakuumgrads verwendet werden.
Ferner wird ein Beispiel der Verwendung eines Programms einer CPU und eines PC zum Ausführen eines Teils oder aller Funktionen der oben beschriebenen Konfigurationen, Funktionen und Steuereinheiten und dergleichen beschrieben, wobei es selbstverständlich ist, dass ein Teil oder alle der Konfigurationen, Funktionen und Steuereinheiten mit Hardware, z. B. durch das Entwerfen einer integrierten Schaltung, implementiert werden können. Das heißt, es können alle oder ein Teil der Funktionen der Steuereinheiten durch die integrierte Schaltung, wie z. B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder eine feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA), anstelle des Programms implementiert sein.
In der obigen ausführlichen Beschreibung der Erfindung sind verschiedene andere Erfindungen als die in den Ansprüchen beschriebenen Erfindungen enthalten, wobei einige der Erfindungen im Folgenden aufgelistet sind.
<Liste 1>
Eine Reinigungsvorrichtung, die enthält:

einen Objektivtubus mit einer Ladungsträgerquelle;
eine Probenkammer, in der eine mit einem Ladungsträgerstrahl von der Ladungsträgerquelle zu bestrahlende Probe vorgesehen ist;
eine erste Elektronenquelle, die in der Probenkammer angeordnet ist und auf einem negativen Potential bezüglich der Probenkammer gehalten wird; und
einen Detektor, der konfiguriert ist, einen Strom, der durch die erste Elektronenquelle fließt, zu detektieren, wobei
die Probenkammer durch Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl von der ersten Elektronenquelle gereinigt wird.

<Liste 2>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 1, die ferner enthält:

eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, eine Ausgabe des Detektors zu empfangen, wobei
die Steuereinheit konfiguriert ist, die Sauberkeit in der Probenkammer basierend auf der Ausgabe des Detektors zu berechnen.

<Liste 3>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 1, wobei
der ersten Elektronenquelle ein Strom in einem Zustand zugeführt wird, in dem eine an einen Probentisch in der Probenkammer angelegte Spannung tiefer als eine an eine Innenwand der Probenkammer angelegte Spannung ist.
<Liste 4>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 1, die ferner enthält:
ein Vakuummeter, das konfiguriert ist, einen Vakuumgrad in der Probenkammer zu detektieren.
<Liste 5>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 1, wobei
der ersten Elektronenquelle ein Strom in einem Zustand zugeführt wird, in dem eine an einen in der Probenkammer angeordneten Probentisch angelegte Spannung tiefer als eine an eine Innenwand der Probenkammer angelegte Spannung ist.
<Liste 6>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 1, wobei
die erste Elektronenquelle eine aktive Reflexionselektrode oder eine passive Reflexionselektrode enthält.
<Liste 7>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 1, wobei
der Objektivtubus und die Probenkammer ein Objektivtubus und eine Probenkammer eines Elektronenmikroskops sind.
<Liste 8>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 1, die ferner enthält:

eine Vorspannungs-Leistungsversorgung, die konfiguriert ist, eine Vorspannung an die erste Elektronenquelle anzulegen.

<Liste 9>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 8, die ferner enthält:

eine Einheit, die konfiguriert ist, eine Spannung, die tiefer als eine an die erste Elektronenquelle angelegte Vorspannung ist, an einen Probentisch anzulegen.

<Liste 10>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 8, die ferner enthält:

eine Elektronenquellen-Leistungsversorgung, die konfiguriert ist, der ersten Elektronenquelle einen Heizstrom zuzuführen, wobei
die Vorspannungs-Leistungsversorgung konfiguriert ist, eine Vorspannung an die erste Elektronenquelle anzulegen, bevor die Elektronenquellen-Leistungsversorgung einen Heizstrom der ersten Elektronenquelle zuführt.

<Liste 11>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 8, die ferner enthält:

eine Elektronenquellen-Leistungsversorgung, die konfiguriert ist, einen Heizstrom der ersten Elektronenquelle zuzuführen, wobei
die Vorspannungs-Leistungsversorgung konfiguriert ist, das Anlegen der Vorspannung an die erste Elektronenquelle zu stoppen, nachdem die Elektronenquellen-Leistungsversorgung das Zuführen des Heizstroms zu der ersten Elektronenquelle gestoppt hat.

<Liste 12>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 8, wobei
die Vorspannungs-Leistungsversorgung konfiguriert ist, eine Spannung von 30 bis 1000 V an die erste Elektronenquelle anzulegen.
<Liste 13>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 8, wobei
die Vorspannungs-Leistungsversorgung konfiguriert ist, eine Spannung von 60 bis 120 V an die erste Elektronenquelle anzulegen.
<Liste 14>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 1, die ferner enthält:

eine zweite Elektronenquelle, die in der Probenkammer angeordnet ist.

<Liste 15>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 14, wobei
sowohl ein Abstand zwischen einer optischen Achse des Objektivtubus und der ersten Elektronenquelle als auch ein Abstand zwischen der optischen Achse und der zweiten Elektronenquelle kürzer als ein Abstand zwischen der ersten Elektronenquelle und der zweiten Elektronenquelle sind.
<Liste 16>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 14, wobei
die erste Elektronenquelle und die zweite Elektronenquelle an einer Position angeordnet sind, an der ein Teil des Objektivtubus in der Probenkammer oder ein in der Probenkammer angeordneter Probentisch zwischen der ersten Elektronenquelle und der zweiten Elektronenquelle angeordnet ist.
<Liste 17>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 14, die ferner enthält:

eine dritte Elektronenquelle, die in der Probenkammer angeordnet ist.

<Liste 18>
Ein Reinigungsvorrichtung, die enthält:

eine Probenkammer, in der eine mit einem Ladungsträgerstrahl von einer Ladungsträgerquelle zu bestrahlende Probe vorgesehen ist;
eine Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps, die in der Probenkammer angeordnet ist;
eine Elektronenquellen-Leistungsversorgung, die konfiguriert ist, der Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps einen Heizstrom zuzuführen;
eine Vorspannungs-Leistungsversorgung, die konfiguriert ist, die Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps auf einem negativen Potential bezüglich der Probenkammer zu halten;
einen Detektor, der konfiguriert ist, einen von der Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps emittierten Strom zu detektieren; und
eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, eine Ausgabe des Detektors zu empfangen und die Elektronenquellen-Leistungsversorgung und die Vorspannungs-Leistungsversorgung zu steuern, wobei die Probenkammer durch die Elektronen gereinigt wird, die von der Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps emittiert werden.

<Liste 19>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 18, wobei
die Steuereinheit konfiguriert ist, basierend auf der Ausgabe des Detektors den Heizstrom zu steuern, der von der Elektronenquellen-Leistungsversorgung zur Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps fließt.
<Liste 20>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 18, wobei
die Steuereinheit konfiguriert ist, so zu steuern, dass durch die Vorspannungs-Leistungsversorgung eine Vorspannung angelegt wird, dann der Heizstrom der Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps zugeführt wird und, nachdem eine festgelegte Zeit vergangen ist, der Heizstrom ausgeschaltet wird und die Vorspannung ausgeschaltet wird.
<Liste 21>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 18, wobei
die Steuereinheit konfiguriert ist, so zu steuern, dass durch die Vorspannungs-Leistungsversorgung eine Vorspannung angelegt wird, dann der Heizstrom der Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps zugeführt wird, ein Vakuumgrad in der Probenkammer gemessen wird und, wenn ein Zielvakuumgrad erreicht ist, der Heizstrom ausgeschaltet wird und die Vorspannung ausgeschaltet wird.
<Liste 22>
Die Reinigungsvorrichtung gemäß der Liste 18, wobei
die Steuereinheit konfiguriert ist, einen Vakuumgrad in der Probenkammer basierend auf der Ausgabe des Detektors zu messen.
Bezugszeichenliste

100:: Reinigungsvorrichtung
101:: Probenkammer
102:: Elektronenstrahlquelle
103:: Elektronenquellen-Leistungsversorgung
104:: Vorspannungs-Leistungsversorgung
105:: Amperemeter
106:: Steuereinheit
107:: Speichereinheit
108:: Probentisch
109:: Verzögerungsspannung
110:: Ladungsträgerstrahlvorrichtung
111:: Objektivtubus
112:: Ladungsträgerstrahlquelle
113:: aktive Reflexionselektrode
114:: passive Reflexionselektrode
115:: Vakuummeter
201:: Elektronenkanone
202:: Elektronensäule
203:: lonenpumpe
204:: Vakuumabzugsrohr
205, 217:: Probentisch
206, 210:: Hochvakuumpumpe
207, 211:: Grobpumpe
208:: Projektionskammer
209:: Kamerakammer
212:: Spektrometer
213:: Vakuumventil
214:: Reinigungsvorrichtung
215:: Vakuumsäule
216:: Objektiv
217:: Tisch
218:: Vakuumkammer
219:: Probenventil
220:: Probenladeschleuse
221:: Probenstab

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010103072 A [0003]
JP 2015069734 A [0003]
JP 2016054136 A [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

J. T. Fourie, „The elimination of surface-originating contamination in electron microscopes“, Optik, 52 (1978/79) Nr. 5, 421-426 [0004]

Claims

Reinigungsvorrichtung, die umfasst: eine erste Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps, die in einer Probenkammer angeordnet ist, die mit einem Objektivtubus verbunden ist, der eine Ladungsträgerquelle aufweist, wobei die Probenkammer durch die Elektronen gereinigt wird, die von der ersten Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps emittiert werden.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps ein Heizfaden ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Heizfaden ein Wolfram-Heizfaden ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine Elektronenquellen-Leistungsversorgung, die konfiguriert ist, der ersten Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps einen Heizstrom zuzuführen.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, die ferner umfasst: einen Detektor, der konfiguriert ist, einen Strom zu detektieren, der durch die erste Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps fließt.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, die ferner umfasst: eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, eine Ausgabe des Detektors zu empfangen, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, basierend auf der Ausgabe des Detektors die Sauberkeit in der Probenkammer auszugeben.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, die ferner umfasst: eine Steuereinheit, die konfiguriert ist, eine Ausgabe des Detektors zu empfangen, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, basierend auf der Ausgabe des Detektors den Heizstrom, der von der Elektronenquellen-Leistungsversorgung zur ersten Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps fließt, zu steuern.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: ein Vakuummeter, das konfiguriert ist, einen Vakuumgrad in der Probenkammer zu detektieren.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der ersten Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps ein Strom in einem Zustand zugeführt wird, in dem eine an einen in der Probenkammer angeordneten Probentisch angelegte Spannung tiefer als eine an eine Innenwand der Probenkammer angelegte Spannung ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps eine aktive Reflexionselektrode oder eine passive Reflexionselektrode enthält.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Objektivtubus und die Probenkammer ein Objektivtubus und eine Probenkammer eines Elektronenmikroskops sind.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine Vorspannungs-Leistungsversorgung, die konfiguriert ist, eine Vorspannung an die erste Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps anzulegen.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 12, die ferner umfasst: eine Einheit, die konfiguriert ist, eine Spannung, die tiefer als die an die erste Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps angelegte Vorspannung ist, an einen Probentisch anzulegen.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 12, die ferner umfasst: eine Elektronenquellen-Leistungsversorgung, die konfiguriert ist, der ersten Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps einen Heizstrom zuzuführen, wobei die Vorspannungs-Leistungsversorgung konfiguriert ist, eine Vorspannung an die erste Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps anzulegen, bevor die Elektronenquellen-Leistungsversorgung den Heizstrom der ersten Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps zuführt.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 12, die ferner umfasst: eine Elektronenquellen-Leistungsversorgung, die konfiguriert ist, der ersten Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps einen Heizstrom zuzuführen, wobei die Vorspannungs-Leistungsversorgung konfiguriert ist, das Anlegen der Vorspannung an die erste Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps zu stoppen, nachdem die Elektronenquellen-Leistungsversorgung das Zuführen des Heizstroms der ersten Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps gestoppt hat.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Vorspannungs-Leistungsversorgung konfiguriert ist, eine Spannung von 30 bis 1000 V, bevorzugter 60 bis 120 V, an die erste Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps anzulegen.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine zweite Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps, die in der Probenkammer angeordnet ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei sowohl ein Abstand zwischen einer optischen Achse des Objektivtubus und der ersten Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps als auch ein Abstand zwischen der optischen Achse und der zweiten Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps kürzer als ein Abstand zwischen der ersten Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps und der zweiten Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps sind.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei die erste Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps und die zweite Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps an einer Position angeordnet sind, an der ein Teil des Objektivtubus in der Probenkammer oder ein in der Probenkammer angeordneter Probentisch zwischen der ersten Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps und der zweiten Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps angeordnet ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 17, die ferner umfasst: eine dritte Elektronenquelle des Wärmeemissionstyps, die in der Probenkammer angeordnet ist.
Reinigungsvorrichtung, die umfasst: eine Elektronenquelle, die in einer Probenkammer angeordnet ist, die mit einem Objektivtubus mit einer Ladungsträgerquelle verbunden ist und die auf einem negativen Potential bezüglich der Probenkammer gehalten wird.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Probenkammer durch das Einstrahlen von Elektronen von der Elektronenquelle gereinigt wird.