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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen
für Kontroll-
bzw. überwachungssystemanwendungen,
Testsystemanwendungen, Lithographiesystemanwendungen, Elektronenmikroskope
und dergleichen. Außerdem
betrifft sie Verfahren zum Betreiben dieser Vorrichtung. Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung für einen
Strahl geladener Teilchen, die ein Reinigungssystem aufweist. Speziell
betrifft sie ein Emittermodul, eine Vorrichtung für einen
Strahl geladener Teilchen und ein Verfahren zum Reinigen und Betreiben
einer Vorrichtung für
einen Strahl geladener Teilchen.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Geräte für einen
Strahl geladener Teilchen werden in mehreren Bereichen gewerblicher
Tätigkeit
verwendet. Die Prüfung
bzw. Kontrolle von Halbleiterbauelementen während der Herstellung, Belichtungssysteme
für die
Lithographie, Detektionsvorrichtungen und Testsysteme sind nur einige
dieser Bereiche.
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Im
Allgemeinen gibt es eine starke Nachfrage nach einem Strukturieren
und Prüfen
von Objekten im Mikrometer- oder
Nanometerbereich. Bei derart kleinen Größenordnungen erfolgen Prozessüberwachung,
Prüfung
oder Strukturierung oftmals mit Strahlen geladener Teilchen, z.B.
Elektronenstrahlen, die in Vorrichtungen für einen Strahl geladener Teilchen,
wie etwa Elektronenmikroskopen oder Elektronenstrahlmustergeneratoren,
erzeugt und fokussiert werden. Strahlen geladener Teilchen bieten aufgrund
ihrer kurzen Wellenlängen
eine höhere räumliche
Auflösung
als z.B. Photonenstrahlen.
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Im
Allgemeinen werden Vorrichtungen für einen Strahl geladener Teilchen
unter Vakuumbedingungen betrieben, um z.B. eine Ionisierung von
Gasen in der Umgebung zu vermeiden. Trotzdem führen Elektronen, die auf Bauteiloberflächen der
Vorrichtung wie Extraktoren, Anoden, Aperturblenden oder die Kammerwand
auftreffen, zu einer Emission von Fremdstoffen. Folglich wird ein
Schwall Restgas erzeugt. Das Restgas enthält Moleküle, die von Elektronen getroffen
werden können.
Dadurch können
Ionen, ionisierte Moleküle
und weitere Teilchen erzeugt werden. Im Fall von Ionen und ionisierten
Molekülen, die
eine Ladung aufweisen, die zu der Ladung der von einem Emitter emittierten,
geladenen Teilchen entgegengesetzt ist, werden die Ionen und ionisierten
Moleküle
in dem Restgas zum Emitter beschleunigt. Infolge des Auftreffens
der Ionen und ionisierten Moleküle
oder dieser Teilchen kann der Emitter mechanisch verformt werden
oder diese Teilchen können
auf dem Emitter abgelagert werden. Dadurch wird Emitterrauschen
eingebracht.
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Gemäß einer
bekannten Lösung
wird eine Vorbehandlung durchgeführt.
Ein entsprechendes Gerät,
in 4 gezeigt, wird im Folgenden beschrieben. In 4 ist
eine emittierende Einheit mit einem Draht 12 und einem
Feldemitter 14 gezeigt. Wenn zwischen dem Emitter und dem
Extraktor 8 Hochspannungen anliegen, emittiert der Feldemitter
geladene Teilchen, z.B. Elektronen längs der optischen Achse 1.
Ferner sind eine Anode 6 und eine Aperturblende 7 vorgesehen.
Diese Vorrichtungen werden benutzt, um eine breit gestreute Emission
zu vermeiden, für
eine Beschleunigung der geladenen Teilchen und für eine Strahlformung. Ferner
kann die Kondensorlinse 4 benutzt werden, um die Elektronenquelle oder
einen Strahl-Crossover, der als virtuelle Elektronenquelle wirkt,
abzubilden.
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Bevor
die Vorrichtung für
einen Strahl geladener Teilchen betrieben wird, muss sie evakuiert werden.
Nachdem eine bestimmte Vakuumstufe erreicht worden ist, flutet eine
Hochstrom-Elektronenkanone 42 die Kammer mit Elektronen.
Die emittierten Elektronen, die auf den Wänden oder anderen Oberflächen von
Teilen der Säule
auftreffen, und zusätzliche
Wärme lösen flüchtige Moleküle von den Oberflächen der
Säule ab.
Dadurch wird Restgas erzeugt. Das Restgas wird durch Vakuumpumpen
aus der Kammer herausgepumpt.
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Demzufolge
wird bei diesem Reinigungsschritt Restgas in Form von Molekülen, die
an Säulenoberflächen angelagert
sind, aus der Säule
herausgepumpt, bevor die vorgesehene Verwendung der Vorrichtung
für geladene
Teilchen beginnt. Einerseits beschädigen Ionen, die während des
Reinigungsschritts erzeugt werden, den Feldemitter 14 nicht
und werden kaum darauf abgelagert. Andererseits werden die Moleküle und Ionen,
die während der
vorgesehenen Verwendung den Feldemitter möglicherweise beschädigen, aus
der Kammer herausgepumpt.
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Die
bekannte Lösung
ist jedoch nicht zufriedenstellend.
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Das
Dokument JP 55-33 719 beschreibt ein Verfahren zum Reinigen eines
Wehnelt-Zylinders, der im Vakuum untergebracht ist, ohne jegliche
Demontagearbeiten, durch ein Verfahren, das ein direktes oder indirektes
Heizen mindestens eines Aperturblendenrands des Wehnelt-Zylinders
ermöglicht.
Das Verfahren kann wie folgt beschrieben werden: Installiere ein
Paar elektrisch leitende Haltestifte in bestimmten Abständen auf
einem isolierten Trägermaterial
und stelle eine LaB6-Kathode bereit, die
zwischen diesen Haltestiften mittels eines Wärme erzeugenden Blocks, wie
etwa Pyrographit usw. gehalten wird. Befestige den Wärme erzeugenden
Block und die Kathode durch Pressen aneinander, um sie in dieser
Anordnung mit einer Schraube zusammenzuhalten. Installiere außerdem auf
dem Trägermaterial
ein Paar elektrisch leitende Haltestifte, die aus Nickel und dergleichen
hergestellt sind und eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen, und stelle
zwischen den Spitzen der elektrisch leitenden Stifte und nahe der Elektrode
ein Filament bereit, das zur Elektronenstrahl-Bestrahlung benutzt
werden soll. Das Filament sollte in diesem Fall aus Phenium (Rhenium)
usw. hergestellt sein und bei einer hohen Temperatur keine Reaktionen
mit der Kathode eingehen. Mittels dieser Vorrichtung kann ein Reinigen
des Wehnelt-Zylinders
durchgeführt
werden, ohne Demontagearbeiten zu erfordern.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß Aspekten
der vorliegenden Erfindung werden ein Emittermodul gemäß dem unabhängigen Anspruch
1, eine Vorrichtung für
einen Strahl geladener Teilchen gemäß dem Anspruch 9 und ein Verfahren
zum Reinigen und Betreiben einer Vorrichtung für geladene Teilchen gemäß dem unabhängigen Anspruch
10 geschaffen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
wird ein Emittermodul zum Emittieren von Strahlen geladener Teilchen
geschaffen. Das Emittermodul umfasst einen Trägerkörper, der Hochspannungsdurchführungen
von der Umgebung isoliert. Ferner umfasst der Emitter einen Emitter
eines Strahls geladener Teilchen, der geladene Teilchen entlang
einer optischen Achse emittiert, und einen Reinigungsemitter, der
geladene Teilchen ungefähr
entlang derselben optischen Achse emittiert.
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Folglich
kann der Raum für
einen separaten Reinigungsemitterhalter und eine elektrische Durchführung vermieden
werden. Über
die einfache und platzsparende Integration eines Reinigungsemitters hinaus
wird das Reinigen insbesondere an relevanten Oberflächen durchgeführt, da
die Reinigungsemission den gleichen Weg durch die Säule nimmt. Außerdem kann
der Emitter für
die vorgesehene Verwendung gereinigt werden, und es könnte eine
Säulenausrichtung
durchgeführt
werden, die von dem Reinigungsemitter Gebrauch macht.
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Gemäß einem
Aspekt ist der Reinigungsemitter hinter dem Emitter geladener Teilchen
positioniert.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist der Reinigungsemitter ein thermischer Elektronenemitter, wahlweise
mit einer Dicke von 50 μm
bis 500 μm.
Der Reinigungsemitter ist ferner wahlweise aus Wolfram oder Wolframdraht
hergestellt.
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Folglich
können
während
des Reinigens starke Ströme,
bis zum mA-Bereich, geliefert werden. Dadurch wird der Reinigungsprozess
beschleunigt.
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Die
oben erwähnten
Aspekte können,
obgleich sie nicht darauf beschränkt
sind, für
Vorrichtungen für
einen Strahl geladener Teilchen mit Feldemittern für die vorgesehene
Verwendung gelten.
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Das
Restgas, das insbesondere bei den starken elektrischen Feldern aufgrund
hoher Potenziale und des kleinen Krümmungsradius der Emitterspitze Probleme
bereitet, ist vermindert, da zuvor eine verbesserte Reinigung durchgeführt worden
ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen
geschaffen, welche die oben beschriebenen Aspekte der Emittermodule
nutzt. Ferner könnten
dadurch Strahlformungsmittel wie Aperturblenden, Stigmatoren oder
dergleichen; Führungsmittel
wie Extraktoren, Ablenkstufen oder dergleichen; Abtastmittel und/oder
Fokussierungsmittel wie Kondensorlinsen und/oder Objektivlinsen
oder dergleichen in der Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen
benutzt werden.
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Außerdem wird
ein Verfahren zur Verwendung einer Vorrichtung für geladene Teilchen geschaffen.
Dadurch werden geladene Teilchen mit einem Reinigungsemitter ungefähr entlang
einer optischen Achse emittiert. Ferner werden Moleküle, Atome
und Ionen aus der Kammer der Vorrichtung für geladene Teilchen herausgepumpt.
Während
der vorgesehenen Verwendung werden geladene Teilchen entlang derselben
optischen Achse mit einem Emitter für geladene Teilchen emittiert.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt wird das Vakuum in der Vorrichtung für geladene
Teilchen überwacht,
und die vorgesehene Verwendung wird in Abhängigkeit vom Vakuumdruck gestartet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt werden verschiedene Verfahren zum Anlegen von Spannungen während der
Reinigung und der vorgesehenen Verwendung ausgeführt. Dadurch wird der Emitter
eines Strahls geladener Teilchen (für die vorgesehene Verwendung)
während
der Reinigung nicht unter Spannung gesetzt und wird während der
vorgesehenen Verwendung unter Spannung gesetzt. Ferner können während der
Reinigung Bauteile, welche die Strahlform und die Beschleunigung
geladener Teilchen beeinflussen, entweder in einer der vorgesehenen
Verwendung ähnlichen
Weise benutzt werden oder können
so benutzt werden, dass während
der Reinigung ein größerer Oberflächenbereich
als bei der vorgesehenen Verwendung von Elektronen getroffen wird.
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Die
Erfindung ist außerdem
auf ein Gerät zum
Durchführen
der offenbarten Verfahren ausgerichtet, das Geräteteile zum Ausführen jedes
der beschriebenen Verfahrensschritte enthält. Diese Verfahrensschritte
können
mittels Hardware-Komponenten, eines durch geeignete Software programmierten Computers,
durch irgendeine Kombination aus beiden oder auf irgendeine andere
Art und Weise ausge führt
werden. Außerdem
ist die Erfindung auch auf Verfahren ausgerichtet, durch welche
die beschriebene Vorrichtung betrieben oder hergestellt wird. Sie schließt Verfahrensschritte
zum Durchführen
jeder Funktion der Vorrichtung ein.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Einige
der oben angegebenen und weitere, stärker auf Einzelheiten eingehende
Aspekte der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung beschrieben
und unter Bezugnahme auf die Figuren zum Teil veranschaulicht. Wie
sie hier gebraucht werden, repräsentieren
gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren gleiche oder äquivalente
Merkmale der vorliegenden Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Vorrichtung für einen Strahl geladener Teilchen, die
von der vorliegenden Erfindung Gebrauch macht;
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2 eine
schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Elektronenstrahlvorrichtung
gemäß der Erfindung;
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3a eine
schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Emitterreinigungsfilamentmoduls
gemäß der Erfindung;
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3b eine
schematische Perspektivansicht von 3a;
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3c bis 3e schematische
Ansichten von Beispielen für
Reinigungsemitterfilamentmodule; und
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4 eine
schematische Seitenansicht eines den Stand der Technik darstellenden
Beispiels für
eine Elektrodenstrahlvorrichtung mit einem Reinigungsemitter.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Ohne
den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung zu beschränken, wird
im Folgenden die Vorrichtung für
einen Strahl geladener Teilchen beispielhaft als Elektronenstrahlvorrichtung
bezeichnet. Die vorliegende Erfindung kann dennoch auf Geräte angewendet
werden, die andere Quellen geladener Teilchen benutzen.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Im Allgemeinen werden Elektronenstrahlvorrichtungen unter
Vakuumbedingungen betrieben. Dafür
ist eine Vakuumpumpe mit einem Anschluss jeder Kammer der Vorrichtung
verbunden. Infolgedessen werden Gasmoleküle, die durch den Elektronenstrahl
ionisiert werden könnten, aus
der Vorrichtung herausgepumpt. Ohne den Anwendungsbereich der Erfindung
auf Systeme mit mehreren Kammern zu beschränken, ist die Vorrichtung gewöhnlich in
verschiedene Kammern unterteilt. Beispielsweise hat das Vakuum,
das für
einen Betrieb einer Elektronenkanone erforderlich ist, einen niedrigeren
Druck als das Vakuum, das nahe bei einem Objekt erforderlich ist.
Dementsprechend ist es üblich,
mindestens eine Kanonenkammer, eine Kammer für weitere Strahlführungsmittel
in der Säule
und eine Objektkammer vorzusehen. Die Vakuumpumpen werden die meiste
Zeit über
betrieben, um Moleküle,
die während
der Montage der Elektronenstrahlvorrichtung, während einer Wartung, durch
Lecks und durch Einbringen eines neuen Objekts in eine der Kammern
gelangen, aus der Kammer herauszupumpen. Bevor die vorgesehene Verwendung
der Vorrichtung beginnt, müssen
die Kammern evakuiert werden, bis ein bestimmter Druckbereich erreicht
ist.
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Während der
vorgesehenen Verwendung, z.B. Prüfen, Abbilden,
Testen oder Strukturieren des Objekts 2, emittiert der
Elektronenstrahlemitter 15 einen Elektronenstrahl entlang
der optischen Achse 1. Infolgedessen ist der Begriff „vorgesehene
Verwendung" als
Durchführen
von Messungen oder Strukturieren z.B. zum Prüfen, Abbilden, Testen oder
Strukturieren für
die Lithographie oder dergleichen, welchen Zweck auch immer die
Elektronenstrahlvorrichtung hat, zu verstehen. Im Gegensatz dazu
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Reinigungsschritte, Ausrichtungsschritte(Alignierungsschritte),
Kalibrierungsschritte oder dergleichen als Wartungsarbeiten.
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Der
emittierte Elektronenstrahl wird ferner mit den folgenden Bauteilen
geführt.
Die Elektronen werden durch eine erste Extraktionselektrode extrahiert
und entlang der optischen Achse 1 zum Objekt beschleunigt.
Es könnte
ein erster elektrostatischer Kondensor 4 benutzt werden,
um den Elektronenstrahl zu fokussieren. Bei thermischen Emittern könnte ein
Wehnelt-Gitter 9 (oder Wehnelt-Zylinder) benutzt werden, der auf ein
geringfügig
negativeres Potenzial als der Emitter selbst vorgespannt ist. Folglich
bewegen sich die Elektronen nicht in willkürliche Richtungen gegenüber der
optischen Achse. Stattdessen bewegen sich die Elektronen entlang
der optischen Achse und werden fokussiert. Der Extraktor 8 und
die Anode 6 haben z.B. ein Potenzial von 3 kV in Bezug
auf den Emitter. Dadurch werden Elektronen von dem Elektronenstrahlemitter
zum Objekt 2 beschleunigt. Die Kondensorlinse 4 und
die Aperturblende 7 werden benutzt, um den Elektronenstrahl weiter
zu formen. Außerdem
wird in Abhängigkeit
von der Stärke
des fokussierenden Feldes des Kondensors 4 mehr oder weniger
von dem Elektronenstrahl durch die Aperturblende 7 ausgeblendet.
Folglich kann der Strahlstrom, der auf das Objekt angewendet wird,
mit der Stärke
des fokussierenden Feldes des Kondensors eingestellt werden.
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Die
Objektivlinse 5 fokussiert den Elektronenstrahl auf das
Objekt 2. Dadurch kann ein Elektronenstrahlfleck von wenigen
Nanometern erzielt werden. Dieser Strahlfleck kann entweder benutzt
werden, um das Objekt abzubilden oder ein Muster auf dieses zu schreiben.
Es können
weitere (nicht gezeigte) Bauteile zum Ablenken des Strahls, Einstellen
der Strahllage relativ zur optischen Achse 1 oder Führen des
Strahls über
einen Bereich des Objekts benutzt werden. Ferner kann das Objekt,
das sich auf einem Objektträger 3 befindet,
in zwei Dimensionen in Bezug auf die optische Achse bewegt werden,
indem der Objektträger
bewegt wird.
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Wie
im „Allgemeinen
Stand der Technik" beschrieben
ist, bewirken jedoch Elektronen, die auf irgendwelche Bauteile wie
ein Wehnelt-Gitter, den Extraktor 8, die Anode 6 oder
dergleichen aufprallen, die Freisetzung von Molekülen von
den von Elektronen getroffenen Oberflächen. Dadurch wird ein Schwall
Restgas erzeugt. Dieses Restgas kann durch den Elektronenstrom ionisiert
werden. Positiv geladene Ionen des ionisierten Restgases werden zum
Emitter 15 beschleunigt. Die auf hohe Energien beschleunigten
Ionen können
entweder sich auf dem Elektronenstrahlemitter ablagern oder den
Emitter mechanisch verformen. Damit wird der Elektronenstrahlstrom
durch diese Ionen beeinflusst und es treten ein Stromrauschen und/oder
eine Beschädigung des
Emitters auf.
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Folglich
ist vor der oben beschriebenen vorgesehenen Verwendung eine Vorbehandlung
der Elektronenstrahlvorrichtung erforderlich. Infolgedessen wird
der Reinigungsemitter 16 benutzt, um Elektronen zu erzeugen.
Diese Elektronen treffen ebenfalls auf den Oberflächen des
Wehnelt-Zylinders 9, des Extraktors 8, der Anode 6 und
weiterer Bauteile auf. Das erzeugte Restgas kann mit Vakuumpumpen aus
der Vorrichtung herausgepumpt werden. Anders als bei der vorgesehenen
Verwendung ist der Elektronenstrahl emitter 15 während des
Reinigungsvorgangs nicht negativ vorgespannt. Folglich werden Ionen
aus dem ionisierten Restgas nicht direkt zum Elektronenstrahlemitter 15 beschleunigt.
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Im
Gegensatz zu der bekannten Lösung,
die zuvor mit Bezug auf 4 beschrieben wurde, erfordert
die Reinigungselektrode 16 keinen zusätzlichen Raum in der Vorrichtung.
Außerdem
bewegen sich Elektronen, die durch den Reinigungsemitter emittiert werden,
damit sie die Oberflächen
reinigen, ungefähr entlang
der optischen Achse 1. Dadurch werden vor allem die Oberflächen gereinigt,
die während
der vorgesehenen Verwendung von dem Elektronenstrahl getroffen werden
könnten.
Folglich konzentriert sich der Reinigungsschritt auf die Oberflächen, die
für die vorgesehene
Verwendung von Bedeutung sind.
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Dies
wird mit Bezug auf 2 ausführlicher erläutert. In 2 sind
zwei Kammern der Elektronenstrahlvorrichtung gezeigt, nämlich die
Kanonenkammer 10a und eine weitere Kammer 10b.
In dem Fall, in dem eine Elektronenkanone 42 (siehe 4) benutzt
werden würde,
würde nur
ein Gesichtsfeld der Bauteile, das während der vorgesehenen Verwendung
von Elektronen getroffen werden könnte, gereinigt. Falls die
Elektronenkanone 42 ähnlich
wie in 4 angeordnet wäre,
würden
z.B. die Oberseite des Extraktors 8 und der Aperturblende 7 nicht
durch direktes Auftreffen von Elektronen gereinigt werden. Ferner
ist ein Reinigen von Bauteilen außerhalb der Kanonenkammer 10 schwieriger.
Die Oberflächen des
Extraktors 8, der Anode 6, der Aperturblende 7 und
dergleichen sind besonders kritisch, was die Erzeugung von Restgas
während
der vorgesehenen Verwendung anbelangt.
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Folglich
macht ein Positionieren des Reinigungsemitters ungefähr auf der
optischen Achse ein Reinigen aller relevanten Oberflächen möglich. Dabei
ist der Begriff „ungefähr" so zu verstehen,
dass der Reinigungsemitter im Wesentlichen auf der optischen Achse 1 angeordnet
ist. Es finden geringfügige seitliche
Verschiebungen von der optischen Achse, vorzugsweise von weniger
als 2 mm, insbesondere von weniger als 0,5 mm, Anwendung.
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Die
Position des Reinigungsemitters 16 ist in 1 und 2 über dem
Elektronenstrahlemitter 15. Folglich befindet sich aus
einer Perspektive des Objekts in Richtung auf die Emitter der Reinigungsemitter
hinter dem Elektronenstrahlemitter für die vorgesehene Verwendung.
Ferner würde
sich aus einer Perspektive des Elektronenstrahlemitters 15 (12 + 14)
in Richtung auf das Objekt der Reinigungsemitter 16 hinter
dem Elektronenstrahlemitter befinden. Folglich ist der Ausdruck „Reinigungsemitter 16 befindet
sich hinter dem Elektronenstrahlemitter 15" so zu verstehen,
dass die zwei Emitter in Bezug aufeinander ungefähr entlang einer Achse positioniert
sind, wodurch ein Elektronenstrahl, der während der vorgesehenen Verwendung
zu dem Objekt emittiert wird, nicht den anderen Emitter durchlaufen
muss, wohingegen Elektronen, die während des Reinigens zu dem
Objekt emittiert werden, den anderen Emitter durchlaufen müssen.
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Wie
weiter oben schon beschrieben wurde, wird vor der vorgesehenen Verwendung
ein Reinigungsschritt durchgeführt,
der von dem Reinigungsemitter 16 Gebrauch macht. Dies ist
nicht als Durchführen
des Reinigungsschritts vor jeder Messung oder jedem Strukturierungsvorgang
zu verstehen, sondern als Durchführen
des Reinigungsschritts z.B. einmal nach der Montage, nach einer
Wartung oder nach irgendeinem Vorgang, der eine Verunreinigung in
das Innere der Vorrichtung einbringen könnte, bevor die vorgesehene
Verwendung beginnt. Außerdem
könnte
der Reinigungsschritt regelmäßig angewendet
werden, z.B. alle 100 bis 1000 Messungen, bevor die reguläre Verwendung
beginnt. Demnach ist der Reinigungsschritt nur in dem Fall vor der
vorgesehenen Verwendung erforderlich, in dem die Oberflächen, die
während
der vorgesehenen Verwendung vom Elektronenstrahl getroffen werden,
mit Molekülen,
Atomen, Ionen oder dergleichen verunreinigt sind. Jedoch kann gemäß einer
anderen Verwendung des Reinigungsemitters der Reinigungsprozess ständig in
Betrieb sein. Alternativ kann der Reinigungsprozess nur während der
vorgesehenen Verwendung der Vorrichtung für geladene Teilchen deaktiviert
sein. Folglich kann eine verbesserte Reinheit erzielt werden. Sofern
die Reinigung während der
vorgesehenen Verwendung deaktiviert ist, kann eine Beschleunigung
von Ionen oder ionisierten Molekülen
des Restgases zu beispielsweise einer Feldemitterspitze vermieden
werden.
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Wie
oben schon beschrieben wurde, emittiert der Reinigungsemitter 16 während des
Reinigungsschritts Elektronen, die auf die Oberflächen der Elektronenstrahlvorrichtung,
nämlich
auf das Wehnelt-Gitter 9, den Extraktor 8, die
Anode 6, Teile des Gehäuses
oder dergleichen auftreffen. Dadurch wird ein Schwall Restgas von
den entsprechenden Oberflächen
freigesetzt. Dieses Restgas wird dann aus der Kanonenkammer 10a,
der Kammer 10b oder anderen Kammern der Vorrichtung herausgepumpt.
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Infolgedessen
muss ein weiterer Aspekt berücksichtigt
werden. Wie in 2 gezeigt, ist der Elektronenstrahlemitter
(12 + 14) für
die vorgesehene Verwendung ein Feldemitter, der einen Draht 12 und
eine Feldemitterspitze 14 umfasst. Im Allgemeinen ist die
Feldemitterspitze 14 an den Draht 12 geschweißt. Für die Feldemission
wird ein hohes Potenzial an den Feldemitter angelegt. Aufgrund des
kleinen Krümmungsradius
der Emitterspitze werden starke elektrische Felder erhalten. Dadurch
können Elektronen
aus der Emitterspitzen-Oberfläche
austreten. Diese starken elektrischen Felder würden jedoch im Fall einer unzureichenden
Reinigung der Kammer auch auf ionisierte Atome oder Moleküle einwirken.
Aufgrund des kleinen Krümmungsradius würden die
ionisierten Atome und Moleküle
auf die Feldemitterspitze fokussiert werden. Folglich sind die präsentierte
Reinigungs-Ausführungsform
und das Verfahren zum Betreiben dieser bei Feldemittern besonders
nützlich.
Während
des Betriebs des Reinigungsemitters 16 braucht der Feldemitter
(12 + 14) nicht vorgespannt zu sein. Folglich
gibt es keine auf die Emitterspitze 14 fokussierende Kraft,
die auf die ionisierten Atome und Moleküle wirkt. Jedoch ist die vorliegende
Erfindung nicht auf die Verwendung der Reinigungseinheit bei Vorrichtungen
mit Feldemittern beschränkt.
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Ein
weiterer Aspekt, der zu berücksichtigen ist,
betrifft das Vorspannen der Bauteile, die die Emitter umgeben. Gemäß einer
Verwendung der Reinigungseinheit sind der Emitter, das Wehnelt-Gitter 9, der
Extraktor 8 und die Aperturblende 6 so vorgespannt,
dass Elektronen vom Reinigungsemitter weniger als bei der vorgesehenen
Verwendung beschleunigt werden. Dadurch wird auch die Beschleunigung
ionisierter Atome und Moleküle
reduziert. Folglich kann die Beschädigung, die durch die ionisierten
Atome und Moleküle
während
des Reinigungsvorgangs hervorgerufen wird, vermindert werden. Angesichts
des oben Dargestellten könnte
die Verwendung eines thermischen Emitters als Reinigungsemitter
vorteilhaft sein, da ein thermischer Emitter auf Spannungen von
etwa einer Größenordnung
unter den Spannungen, die für
Feldemitter erforderlich sind, vorgespannt werden kann.
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Jedoch
werden gemäß einer
weiteren Verwendung der Reinigungseinheit die entsprechenden Bauteile
auf ähnliche
Weise wie bei den Bedingungen während
der vorgesehenen Verwendung vorgespannt. Dadurch werden die Elektronen
des Reinigungsemitters 16 durch die Säule auf im Wesentlichen dem
gleichen Weg und mit im Wesentlichen der gleichen Strahlform wie
der Elektronenstrahl während
der vorgesehenen Verwendung geleitet, da die Spannungen, die an
den entsprechenden Bauteilen anliegen, den Elektronenstrahlengang
und die Elektronenstrahlform beeinflussen. Folglich verstärkt das Anlegen
von ähnlichen
Spannungen und/oder Steuersignalen an die entsprechenden Bauteile
die Reinigung jener Oberflächen,
die während
der vorgesehenen Verwendung von Elektronen getroffen werden. Demnach
kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Reinigungsemitter auf Spannungen
vorgespannt ist, die z.B. mit der Spannung eines Feldemitters 14,
die während
der vorgesehenen Verwendung anliegt, vergleichbar sind.
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Einerseits
können
die zwei oben beschriebenen Verwendungen in Abhängigkeit von den Erfordernissen
für eine
beste vorgesehene Verwendung gewählt
werden. Andererseits können
die zwei Verwendungen in Bezug auf die an den entsprechenden Bauteilen
anliegenden Spannungen so kombiniert werden, dass zuerst ein Reinigen
eines großen
Oberflächenbereiches
durchgeführt
wird und danach ein Reinigen der Oberflächen, die für die vorgesehene Verwendung
am wichtigsten sind.
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Mit
Bezug auf 3a und 3b wird
eine Ausführungsform
eines Elektronenemitter-Reinigungsfilamentmoduls beschrieben. 3a zeigt
eine Seitenansicht eines Emittermoduls. Das Emittermodul umfasst
einen Trägerkörper 32.
Der Trägerkörper umfasst
isolierendes Material, um eine Isolierung für die Durchführung 34 der
Hochspannungsdrähte
bereitzustellen. Die Hochspannung für den Elektronenstrahlemitter 15 und
den Reinigungsemitter 16 wird an Kontaktstifte 33 angelegt.
Diese Kontaktstifte sind mit dem Draht 12 des Elektronenstrahlemitters 15 und
mit dem Filament des Reinigungsemitters 16 verbunden. Wie
in 3b gezeigt, ist der Elektronenstrahlemitter 15 für die vorgesehene
Verwendung ein Feldemitter mit einer Feldemitterspitze 14,
die mit dem Draht 12 verbunden ist. Der Reinigungsemitter 16 ist
ein thermischer Emitter, der aus Wolfram, Lanthanhexaborid oder
dergleichen hergestellt ist. Dadurch können starke Ströme erzielt
werden. Deshalb hat ein Wolframfilament eine Dicke von mindestens 50 μm. Die Filamentdicke kann
zwischen 50 μm
und 500 μm
sein. Vorzugsweise ist sie zwischen 100 μm und 200 μm. Folglich ist das Filament
stark genug, um ein Heizen auf im Vergleich zu anderen Anwendungen
von Wolframfilamenten hohe Temperaturen zu ermöglichen. Die starken Ströme, die
dadurch erzielt werden, ermöglichen
ein schnelles Reinigen.
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Wie
aus 3b ersichtlich ist, sind die Spitze des Filaments 16 und
die Feldemitterspitze 14 eng beieinander angeordnet. Dadurch
kann der Aspekt des Reinigens im Wesentlichen der gleichen Oberflächen während des
Reinigungsprozesses wie jenen, die während der vorgesehenen Verwendung
von Elektronen getroffen werden, weiter verbessert werden. Jedoch
muss die Wärme,
die während
der Reinigung durch das Filament 16 freigesetzt wird, berücksichtigt
werden. Da die Feldemitterspitze 14 im Allgemeinen an den
Draht 12 geschweißt
ist, könnte die
Wärmeeinwirkung
diese Verbindung beschädigen.
Daher sollte der Abstand zwischen der Spitze des Reinigungsfilaments 16 und
der Feldemitterspitze 14 zwischen 200 μm und 5 mm sein, wobei er vorzugsweise
zwischen 500 μm
und 2 mm ist.
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Mit
Bezug auf 3c bis 3e werden Beispiele
für Reinigungsemittermodule
beschrieben, die für
das Verständnis
der Erfindung nützlich
sind. 3c zeigt ein Beispiel, das mit 3a vergleichbar
ist. Jedoch ist der Wolframdraht des Reinigungsemitters 16 so
geformt, dass zwei dem Elektronenstrahlemitter 15 benachbarte
Spitzen ausgebildet sind. Folglich werden im Gegensatz zu der Ausführungsform
von 3a die Reinigungselektronen nicht hinter dem Elektronenstrahlemitter 15 emittiert, sondern
neben dem Elektronenstrahlemitter. Trotz der unterschiedlichen Geometrie
bleiben alle Aspekte im Zusammenhang mit Abständen zwischen den zwei Emittern
und Abständen
zwischen der optischen Achse und den Reinigungsemittern gültig.
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Das
Gleiche gilt für
das in 3d gezeigte Bei spiel. Dort sind
zwei Reinigungsemitter 16 vorgesehen. Wie in 3c befinden
sich die Reinigungsemitter 16 neben dem Elektronenstrahlemitter 15.
Im Unterschied zu 3c sind die zwei Reinigungsemitter über separate
Drähte
vorgespannt.
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Ein
weiteres Beispiel ist in 3e gezeigt. Dort
sind zwei Abwandlungen im Vergleich zu den vorhergehenden Ausführungsformen
und Beispielen veranschaulicht. Diese Abwandlungen, nämlich der Aufbau
des Trägerkörpers und
die Anordnung des Reinigungsemitters 16, können unabhängig voneinander
mit anderen in der Anmeldung beschriebenen Beispielen kombiniert
werden.
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In 3e umfasst
der Trägerkörper 32 drei Bauteile 32a, 32b und 32c.
Diese Bauteile sind jedoch so angeordnet, dass sie einen Trägerkörper bilden,
der z.B. bei einer Wartung einer Elektronenstrahlvorrichtung in
einem Stück
ausgetauscht werden kann. Folglich kann der Trägerkörper aus einer einteiligen
Einheit mit Durchführungen 34 für z.B. den Emitterdraht
hergestellt sein, er kann aus mehreren Teilen mit Durchführungen
hergestellt sein oder er kann aus mehreren Teilen mit Durchführungen
an den Schnittflächen
der einzelnen Teile hergestellt sein.
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In 3e ist
ein Reinigungsemitter 16 in Form eines Ringes um die Feldemitterspitze 14 vorgesehen.
Folglich können
Reinigungselektronen über
einen weiten Bereich in der Umgebung der optischen Achse emittiert
werden. Folglich können
viele Reinigungselektronen nahe bei der optischen Achse geliefert
werden. Der Radius des Reinigungsemitterringes kann im Bereich von
100 μm bis
2 mm sein, wobei er vorzugsweise zwischen 200 μm und 0,5 mm ist.
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Die
Begriffe und Ausdrücke,
die hier gebraucht worden sind, sind beschreibend und nicht beschränkend verwendet
worden, und es ist nicht beabsichtigt, bei dem Gebrauch derartiger
Begriffe und Ausdrücke
irgendwelche Entsprechungen von dargestellten und beschriebenen
Merkmalen oder Teilen davon auszuschließen. Nachdem also die Erfindung ausführlich beschrieben
worden ist, sollte offensichtlich sein, dass verschiedene Abwandlungen
an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne
vom Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche abzukommen.
-
Im
Allgemeinen sorgt die Bereitstellung eines Reinigungsfilaments,
das in dasselbe Emittermodul integriert ist, das für die Emission
geladener Teilchen während
der vorgesehenen Verwendung benutzt wird, für eine Reinigung, die gegenüber bekannten
Lösungen
verbessert ist.