NL8902843A - Contaminatiemonitor voor het meten van een verontreinigingsgraad in een evacueerbaar geladen deeltjesbundelsysteem. - Google Patents

Description

N.v. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Contaminatiemonitor voor het meten van een verontreinigingsgraad in een evacueerbaar geladen deeltjesbundelsysteem.

De uitvinding heeft betrekking op een contaminatiemonitor voor het meten van een verontreinigingsgraad in een evacueerbaar geladen deeltjesbundelsysteem omvattende een drager met een opening voor transmissie van een geladen deeltjesbundel langs een bundelvoortplantingsrichting.

Een dergelijke contaminatiemonitor is bekend uit: W.R.

Bottoms, 'Contamination in the SEM'; Scanning electron microscopy/1973, Proceedings of the Sixth Annual Scanning Electron Microscope Symposium, pp. 181-188.

In dit artikel is een meetmethode beschreven waarbij in een scanning electron microscope, SEM, de contaminatiemonitor een koolstof film met een gat omvat. De koolstof film met het gat wordt met een elektronenbundel afgetast en een vergroot beeld van het gat wordt op een televisie monitor weergegeven. Tijdens bestraling van de koolstof film met de electronenbundel, slibt het gat dicht ten gevolge van door de elektronenbundel geïnduceerde polymerisatie van koolwaterstofmoleculen. Deze koolwaterstofmoleculen zijn in een evacueerbaar geladen deeltjesbundelsysteem aanwezig ten gevolge van olie afkomstig uit vacuümpompen, van vacuüm afdichtmaterialen, van stoffen die zich op de wanden van het systeem bevinden of van in het deeltjesbundelsysteem onderzochte preparaten. Door de afname van een gatdiameter te bepalen, kan een verontreinigingstempo worden gemeten.

Met behulp van Auger metingen kan een chemische compositie van de verontreiniging worden bepaald. Een kwantitatieve maat voor de verontreiniging wordt op deze wijze echter niet verkregen.

De uitvinding heeft onder meer als doel te voorzien in een contaminatiemonitor waarmee op een eenvoudige wijze een kwantitatieve maat voor een hoeveelheid verontreiniging in een geladen deeltjesbundelsysteem kan worden verkregen. Hiertoe heeft een contaminatiemonitor volgens de uitvinding tot kenmerk dat met de drager een vlies is verbonden dat de opening afdekt en waarop een verontreiniging afzetbaar is.

Doordat de verontreiniging zich afzet op het vlies, kan door het meten van de verzwakking van de geladen deeltjesbundel bij passeren van het het verontreinigde vlies, op een eenvoudige wijze de dikte van een verontreinigingslaag worden gemeten. Van een door de verontreinigingslaag verstrooide, niet-divergente, geladen deeltjesbundel, is de hoekverdeling van de voortplantingsrichting na doorstraling van het vlies verbreed. Door met een detector enkel een centraal deel van de doorgelaten geladen deeltjesbundel te detecteren, en de verzwakking van dit centrale deel te bepalen, wordt een maat verkregen voor de dikte van de verontreinigingslaag. Een verhouding tussen een intensiteit van de op het vlies invallende geladen deeltjesbundel en de doorgelaten geladen deeltjesbundel, neemt exponentieel af met de dikte van de verontreinigingslaag, waarbij een exponent afhankelijk is van het materiaal van de verontreinigingslaag.

Opgemerkt wordt dat uit: E.K. Brandis c.s., 'Reduction of carbon contamination in the SEM; Scanning electron microscopy/1971, Proceedings of the Fourth Annual Scanning Electron Microscope Symposium, pp. 505-510, bekend is de dikte van een verontreinigingslaag te meten door een substraat door bestraling met een elektronenbundel te verontreinigen en uit een vergrootte afbeelding van het substraat geometrisch de dikte te meten. Hierbij wordt echter geen gebruik gemaakt van een vlies waarop de verontreiniging zich afzet, en moet een preparaatbeeld worden geconstrueerd voordat de laagdikte meetbaar is. Door gebruik van een gat in een drager, dat is afgedekt door een voldoende dun vlies dat een voortplantingsrichting van een geladen deeltjesbundel niet noemenswaardig verstrooit, kan door de transmissie van de geladen deeltjesbundel te meten, een dikte van een verontreinigingslaag van een orde van grootte van 1 nm worden bepaald.

Een uitvoeringsvorm van een contaminatiemonitor volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat de contaminatiemonitor tevens is voorzien van een met de opening samenwerkend diafragma voor begrenzing van een door het vlies doorgelaten geladen deeltjesbundel.

Door onder de drager een diafragma te plaatsen met een diameter van bijvoorbeeld 200 pm, bereikt alleen een centraal deel van de doorgelaten deeltjesbundel de detector. Door in een relatief smal gebied rond het midden van de hoekverdeling van de voorplantingsrichting van de doorgelaten deeltjesbundel, de doorgelaten deeltjes te detecteren, neemt een gevoeligheid van de meting van de bundelverzwakking toe.

Een verdere voorkeursuitvoering van een contaminatiemonitor volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat de contaminatiemonitor is voorzien van stroomgeleidende afschermingsmiddelen voor het invangen van door het vlies verstrooide geladen deeltjes die een richting hebben waarvan een component tegengesteld is aan de bundelvoortplantingsrichting.

Door een afscherming, worden van het vlies teruggestrooide geladen deeltjes ingevangen, waardoor zij geen invloed meer hebben op een te detecteren signaal. Hierdoor wordt de signaal-ruisverhouding van een detectiesignaal verbeterd.

Een verdere uitvoeringsvorm van een contaminatiemonitor volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat de contaminatiemonitor een reflectielichaam omvat met een dwars op de bundelvoortplantingsrichting gelegen bundelreflectievlak.

Door het bundelreflectievlak worden door het vlies doorgelaten geladen deeltjes gereflecteerd naar de detector. Hierdoor is het mogelijk de detector naast de contaminatiemonitor te monteren in plaats van langs een bundelvoortplantingsrichting.

Een andere voorkeursuitvoering van een contaminatiemonitor volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat het reflectielichaam is voorzien van koppelingsmiddelen voor losneembare koppeling met een objecthouder van het geladen deeltjesbundelsysteem.

Door losneembare koppeling van het reflectielichaam met de objecthouder, is de contaminatiemonitor eenvoudig uitwisselbaar met een objectdrager in het geladen deeltjesbundelsysteem.

Een weer andere voorkeursuitvoering van een contaminatiemonitor volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat de contaminatiemonitor een stroomgeleidend lichaam omvat waarvan een tot het bundelreflectievlak reikend deel buisvormig is, waarbij de afschermingsmiddelen een buiswand omvatten die is voorzien van een uittree-opening en waarbij de drager door het buisvormige deel is omgeven.

Plaatsing van de drager met het vlies in het buisvormige deel resulteert in een goede afscherming van de detector voor teruggestrooide geladen deeltjes, die door de buiswanden worden ingevangen. Het niet-buisvormige gedeelte van het stroomgeleidende lichaam dient als reflectievlak en reflecteert de doorgelaten geladen deeltjes via de uittree-opening naar de detector. Door zijn eenvoudige uitvoering is de contaminatiemonitor makkelijk te fabriceren en daardoor relatief goedkoop.

Een verdere voorkeursuitvoering van een contaminatiemonitor volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat de contaminatiemonitor ten minste één drager, en als afschermingsmiddelen een op het reflectielichaam bevestigde trommel omvat die ten minste de ene drager omgeeft, met in een bovenste vlak een met het gat in de ten minste ene drager samenwerkende intree-opening en als diafragma in een onderste vlak een uittree-opening.

Een trommel voorzien van in intree- en uittree-openingen, kan een aantal dragers bevatten. Hierbij dienen de randen van de uittree-opningen als diafragma's. Door het reflectielichaam te voorzien van een boring, kan een in de boring opgevangen hoeveelheid lading worden gemeten. Hiertoe wordt de geladen deeltjesbundel zodanig afgebogen dat deze door de met de boring samenwerkende intree-opening de trommel binnentreedt en door de met de boring samenwerkende uittree-opening de trommel verlaat.

Een verdere uitvoeringsvorm van een contaminatiemonitor volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat het bundelreflectievlak goud omvat.

Door het reflectielichaam uit te voeren uit een zwaar metaal, of dit te bedekken met een zwaar metaal, wordt een grote fractie van de op het reflectielichaam vallende geladen deeltjes naar de detector gereflecteerd. Dit verbetert de signaal-ruisverhouding van het detectiesignaal.

Een verdere uitvoeringsvorm van een contaminatiemonitor volgens de uitvinding heeft als kenmerk dat de drager ter plaatse van een aanhechting van het vlies Si omvat en dat het vlies Si3N4 omvat.

Een bijzonder geschikt materiaal voor de drager is Si, met daarop hechtend een Si3N4 vlies. Deze uit de halfgeleiderindustrie bekende materialen blijken op verrassend gunstige wijze toepasbaar in een contaminatiemonitor volgens de uitvinding. Voor een goede gevoeligheid van de contaminatiemonitor is het vlies ongeveer 10 nm dik bij een gatdiameter van 40 pm.

Enkele uitvoeringsvormen van een contaminatiemonitor volgens de uitvinding zullen nader worden toegelicht aan de hand van bijgevoegde tekening. In de tekening toont:

Figuur 1 een zijdelingse doorsnede van een drager met een vlies volgens de uitvinding,

Figuur 2a en 2b een schematische weergave van een hoekverdeling van de voortplanitingsrichting van een geladen deeltjesbundel respectievelijk voor en na doorstraling van het vlies, Figuur 3 een zijdelingse doorsnede van een uitvoeringsvorm van een contaminatiemonitor volgens de uitvinding, en Figuur 4 een zijdelingse doorsnede van een verdere uitvoeringsvorm van een contaminatiemonitor volgens de uitvinding.

Figuur 1 toont een drager 3, bijvoorbeeld een o.4 mm dikke Si-drager met een dwarsafmeting van 2mm, voorzien van een vierkant gat met een zijde van 40 pm en een vlies 5 dat het gat overspant. Een dikte van het vlies 5, dat bijvoorbeeld Si-jNi^ omvat, bedraagt bijvoorbeeld 10 nm. Een geladen deeltjesbundel 7, zoals een elektronenbundel, die zich langs een bundelvoortplantingsrichting F voortplant, kan zonder noemenswaardige verzwakking het vlies 5 passeren. Figuur 2a toont een hoekverdeling van de voortplantingsrichting van een parallelle bundel, voordat deze op het vlies 5 valt. In figuur 2b toont de onderbroken lijn de hoekverdeling van de voorplantingsrichting van deze bundel, nadat deze het vlies 5 is gepasseerd. Enige bundelspreiding treedt op. Indien zich op het vlies 5 een verontreinigingslaag bevindt, bijvoorbeeld een laag koolstof, zal de hoekverdeling van de voortplantingsrichting van de doorgelaten deeltjesbundel een gedaante hebben zoals weergegeven door de ononderbroken lijn in figuur 2b. Er treedt een grotere bundelspreiding op, en het centrale deel van de hoekverdeling neemt in waarde af, terwijl voor grotere hoeken de hoekverdeling een hogere waarde aanneemt. De verzwakking van het centrale deel van de hoekverdeling is exponentieel afhankelijk van een dikte van de verontreinigingslaag, de dichtheid van het materiaal van de verontreinigslaag en een strooiingsdoorsnede van dit materiaal. De vorm van de hoekverdeling wordt met name bij grotere dikten van de verontreinigingslaag, bepaald door meervoudige verstrooiingen van de geladen deeltjes en vertoont geen eenvoudige afhankelijkheid van de dikte van de verontreinigingslaag. Om de invloed hiervan op een nauwkeurigheid van meting van de dikte van de verontreinigingslaag te beperken, is het gewenst alleen het centrale deel van de hoekverdeling te detecteren. Hiertoe wordt de doorgelaten deeltjesbundel met een diafragma 9 gediafragmeerd.

Figuur 3 toont een uitvoeringsvorm van een contaminatiemonitor 1, waarbij de contaminatiemonitor een stroomgeleidend reflectielichaam 11 omvat, dat is voorzien van een buisvormig deel 13 met een uitwendige diameter van bijvoorbeeld 5 mm en een inwendige diameter van 3 mm. Het buisvormige deel 13 omgeeft de drager 3. De geladen deeltjesbundel 7 wordt na doorstraling van het vlies 5 door een bundelreflectievlak 15 gereflecteerd en treedt door een uittree-opening 16 buiten de contaminatiemonitor. Door een afzuigrooster 18 wordt de doorgelaten deeltjesbundel naar een detector 17 versneld, door welke detector 17 een met de hoeveelheid gedetecteerde deeltjes evenredig detectiesignaal wordt opgewekt. Het detectiesignaal wordt met behulp van een weergeefeenheid 19, zoals een voltmeter of oscilloscoop, weergegeven. Het diafragma 9 wordt gevormd door een met het buisvormige deel 13 verbonden ring, of vormt met het buisvormige deel 13 een integraal geheel. Het diafragma 9 bevindt zich op bijvoorbeeld 2 mm van het vlies 5 en heeft een opening met een diameter van bijvoorbeeld 200 pm. De buiswand van het boven het vlies 5 gelegen buisvormige deel 13, vormt een afscherming die geladen deeltjes, die door het vlies in een richting tegengesteld aan de voortplantingsrichting F worden verstrooid, invangt en zo de detector 17 voor deze deeltjes afschermt. Hierdoor bereiken alleen de door het vlies 5 doorgelaten deeltjes de detector 17 en neemt een signaal-ruisverhouding van het detectiesignaal toe. De contaminatiemonitor 1 is voorzien van bevestigingsmiddelen 23, in de vorm van bijvoorbeeld een op een moerdraad in een objecthouder van een geladen deeltjesbundelsysteem passende schroefdraad. Hierdoor kan de contaminatiemonitor op eenvoudige wijze met een objectdrager van het geladen deeltjesbundelsysteem worden uitgewisseld. De bevestigingsmiddelen kunnen eveneens een bajonet verbinding omvatten.

Figuur 4 toont een zijdelingse doornsnede van een trommel 25 die twee dragers 26 omgeeft. De trommel 25 is op het reflectielichaam 11 bevestigd, en omvat een bovenste vlak 27, voorzien van intree- openingen 28, die met het gat in de dragers 26 een gemeenschapplijke hartlijn hebben. Een onderste vlak van de trommel 25, is voorzien van een diafragmerende uittree-opening 24,waardoor de deeltjesbundel 7 uit de trommel kan treden en vervolgens op het reflectievlak 15, of in een, in het reflectielichaam 11 aangebrachte boring 29 kan vallen. Via het reflectievlak 15 worden de doorgelaten deeltjes weer naar de detector 17 (Figuur 3) gestrooid. Indien de deeltjesbundel in de boring 29 valt, kan door meting van de op het reflectielichaam 11 geaccumuleerde lading, een bundelstroom worden gemeten. Hierbij dient de contaminatiemotor elektrische geïsoleerd te zijn ten opzichte van het geladen deeltjesbundelsysteem. Door losdraaien van een schroef 30, kan de trommel 25 van het reflectielichaam worden losgenomen, waarbij de diafragma's 9 op hun plaats blijven. Vervolgens kunnen de dragers 3 worden verwisseld door dragers met een vlies zonder verontreinigingslaag.

Claims (11)

1. Contaminatiemonitor voor het meten van een verontreinigingsgraad in een evacueerbaar geladen deeltjesbundelsysteem omvattende een drager met een opening voor transmissie van een geladen deeltjesbundel langs een bundelvoortplantingsrichting, met het kenmerk, dat met de drager een vlies is verbonden dat de opening afdekt en waarop een verontreiniging afzetbaar is.

2. Contaminatiemonitor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de contaminatiemonitor tevens is voorzien van een met de opening samenwerkend diafragma voor begrenzing van een door het vlies doorgelaten geladen deeltjesbundel.

3. Contaminatiemonitor volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de contaminatiemonitor is voorzien van stroomgeleidende afschermingsmiddelen voor het invangen van door het vlies verstrooide geladen deeltjes die een richting hebben waarvan een component tegengesteld is aan de bundelvoortplantingsrichting.

4. Contaminatiemonitor volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de contaminatiemonitor een reflectielichaam omvat met een dwars op de bundelvoortplantingsrichting gelegen bundelreflectievlak.

5. Contaminatiemonitor volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het reflectielichaam is voorzien van koppelingsmiddelen voor losneembare koppeling met een objecthouder van het geladen deeltjesbundelsysteem.

6. Contaminatiemonitor volgens conclusies 3 en 4 of 3,4 en 5, met het kenmerk, dat de contaminatiemonitor een stroomgeleidend lichaam omvat waarvan een tot het bundelreflectievlak reikend deel buisvormig is, waarbij de afschermingsmiddelen een buiswand omvatten die is voorzien van een uittree-opening en waarbij de drager door het buisvormige deel is omgeven.

7. Contaminatiemonitor volgens conclusies 2, 3 en 4 of 2, 3 en 5, met het kenmerk, dat de contaminatiemonitor ten minste één drager, en als afschermingsmiddelen een op het reflectielichaam bevestigde trommel omvat die ten minste de ene drager omgeeft, met in een bovenste vlak een met het gat in de ten minste ene drager samenwerkende intree-opening en als diafragma in een onderste vlak een uittree-opening.

8. Contaminatiemonitor volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het reflectielichaaro is voorzien van een boring voor het opvangen van de geladen deeltjesbundel.

9. Contaminatiemonitor volgens conclusie 4,5,6,7 of 8, met het kenmerk, dat het bundelreflectievlak goud omvat.

10. Contaminatiemonitor volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de drager ter plaatse van een aanhechting van het vlies Si omvat en dat het vlies Si^N^ omvat.

11. Contaminatiemonitor volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een orde van grootte van een dikte van het vlies 10 nm bedraagt.