(57)【要約】  本発明は、荷電粒子ビームコラムのチャンバに荷電粒子ビーム（１７）を提供する荷電粒子放出コンポーネント（１００）を提供する。この装置は、荷電粒子放出コンポーネントを収容する銃チャンバと、荷電粒子ビームを放出する放出器（１６）と、少なくとも１つのビーム整形要素（１０９、１８、１０８、４０２）と、放出器直後の残留ガス拡散障壁（１０６、２０６）とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを提供する荷電粒子放出コンポーネントであって、
第１のＵＨＶ領域（１０２）と、
第２のＵＨＶ領域（１０４）と、
前記第１のＵＨＶ領域と前記第２のＵＨＶ領域を分離する残留ガス拡散障壁（１０６、２０６）とを備え、
前記第１のＵＨＶ領域は、前記荷電粒子ビームの一部を本質的に遮蔽する要素を備えず、
前記第１および前記第２のＵＨＶ領域（１０２、１０４）はそれぞれ、真空フランジ（１０２ａ、１０４ａ）を有する、荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項２】
前記第１のＵＨＶ領域内に、前記荷電粒子ビーム（１７）を放出する放出器（１０６）をさらに備える、請求項１に記載の荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項３】
前記放出コンポーネントと荷電粒子ビームコラムの別のチャンバ（１１２）との間の差動排気用の開口ユニット（１１０）をさらに備える、請求項１または２に記載の荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項４】
前記残留ガス拡散障壁は、前記ビームの放出角に対応する直径よりも大きい、好ましくは、最小で１０°のビーム放出角に対応する直径の開口（１０７）を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項５】
前記残留ガス拡散障壁（１０６、２０６）は、前記荷電粒子ビーム用の開口（１０７）を有し、前記開口のサイズは、少なくとも１ｍｍであり、好ましくは少なくとも５ｍｍよりも大きい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項６】
前記残留ガス拡散障壁（１０６、２０６）は、前記放出された荷電粒子を抽出または調節する引出し電極として働く、請求項１〜５のいずれか一項に記載の荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項７】
前記第２のＵＨＶ領域（１０４）内に少なくとも１つのビーム整形要素（１０９、１８、１０８、４０２）をさらに備え、前記少なくとも１つのビーム整形要素は、前記荷電粒子ビーム用の開口を設けることによって、前記荷電粒子ビームの一部を遮蔽し、前記開口のサイズは、５°未満、好ましくは１°未満のビーム放出角に対応する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項８】
前記第１および前記第２のＵＨＶ領域の動作時の圧力は、最大で１０−８ミリバールである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項９】
前記第１および前記第２のＵＨＶ領域の動作時の圧力差は、最大で１桁である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項１０】
前記第１のＵＨＶ領域内に位置する表面に衝突する荷電粒子の量は、前記放出コンポーネント内に位置する表面に衝突する荷電粒子の量の最大で２０％である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項１１】
前記第１のＵＨＶ領域（１０２）に対応する前記第１の真空フランジ（１０２ａ）および前記第２のＵＨＶ領域（１０４）に対応する前記第２の真空フランジ（１０４ａ）は、１つの真空ポンプ（５０２）に連結される、請求項１〜１０のいずれか一項ーに記載の荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項１２】
前記第１のＵＨＶ領域に対応する前記第１の真空フランジおよび前記第２のＵＨＶ領域に対応する前記第２の真空フランジは、別々の真空ポンプ（５０２ａ、５０２ｂ）に連結される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項１３】
前記残留ガス拡散障壁は分離開口であり、前記第１および前記第２のＵＨＶ領域はＵＨＶチャンバである、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項１４】
荷電粒子ビームを提供する荷電粒子放出コンポーネントであって、
前記荷電粒子放出コンポーネントのハウジング（１０１）と、
あるビーム放出角の荷電粒子ビーム（１７）を放出する放出器（１６）と、
少なくとも１つのビーム整形要素（１０９、１８、１０８、４０２）と、
前記放出器の直後の残留ガス拡散障壁（１０６、２０６）とを備え、前記残留ガス拡散障壁は、前記荷電粒子放出コンポーネントを第１および第２のＵＨＶ領域に分離し、
前記残留ガス拡散障壁は、前記ビーム放出角に対応する直径よりも大きい直径の開口（１０７）を有し、
前記第１および前記第２のＵＨＶ領域（１０２、１０４）はそれぞれ、真空フランジ（１０２ａ、１０４ａ）を有する、荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項１５】
前記第１のＵＨＶ領域は、前記荷電粒子ビームの一部を本質的に遮蔽する要素を備えない、請求項１４に記載の荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項１６】
請求項１〜１３の特徴のいずれかをさらに備える、請求項１４または１５に記載の荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項１７】
前記第１のＵＨＶ領域の表面は、少なくとも、
前記放出器（１６）と、
前記残留ガス拡散障壁と、
前記放出コンポーネントハウジング（１０１）の、前記第１のＵＨＶ領域に対応する部分のうちのコンポーネントの表面であり、
前記第２のＵＨＶ領域の表面は、少なくとも、
前記少なくとも１つのビーム整形要素と、
前記差動排気開口（１０９、１８、１０８、４０２）と、
放出コンポーネントハウジングの、前記第２のＵＨＶ領域に対応する部分のうちのコンポーネントの表面である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の荷電粒子放出コンポーネント。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の荷電粒子放出コンポーネントを利用する荷電粒子ビーム装置。
【請求項１９】
荷電粒子ビーム装置を動作させる方法であって、
第１のＵＨＶ領域を最大で１０−８ミリバールの圧力に排気するステップと、
第２のＵＨＶ領域を最大で１０−８ミリバールの圧力に排気するステップと、
少なくとも別のチャンバを最大で１０−５ミリバールの圧力に排気するステップと、
荷電粒子ビームの一部が前記第１のＵＨＶ領域内で本質的に遮蔽されないように荷電粒子ビームを放出するステップとを含む、方法。
【請求項２０】
前記荷電粒子は、前記第１のＵＨＶ領域内に位置する表面に衝突する荷電粒子の量が、前記第１および前記第２のＵＨＶ領域内に位置する表面に衝突する荷電粒子の量の最大で２０％になる放出角で放出される、請求項１９に記載の荷電粒子ビーム装置を動作させる方法。
【請求項２１】
前記ビームの一部は、前記第２のＵＨＶ領域内で遮蔽され、それによって前記ビームが整形される請求項１９または２０に記載の荷電粒子ビーム装置を動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、検査システム、試験システム、リソグラフィシステム、電子顕微鏡などに応用する荷電粒子ビーム装置に関する。本発明は、荷電粒子ビーム装置を動作させる方法にも関する。本発明はさらに、荷電粒子選択装置およびその銃チャンバに関する。詳細には、本発明は、荷電粒子放出コンポーネント、荷電粒子ビーム装置、および荷電粒子ビーム装置を動作させる方法に関する。
【発明の背景】
【０００２】
荷電粒子ビーム機器は、複数の産業分野で用いられる多くの機能を有する。これらの産業分野には、製造中の半導体デバイスの検査、リソグラフィ用の露光システム、検出装置、および試験システムが含まれるが、これらに限定されるものではない。そのため、マイクロメートルおよびナノメートルの尺度で試料を構築し検査することが強く求められている。
【０００３】
マイクロメートルおよびナノメートルの尺度のプロセス制御、検査、または構築はしばしば、電子ビームなどの荷電粒子ビームによって行われる。これらの荷電粒子ビームは、電子顕微鏡または電子ビームパターン生成器などの荷電粒子ビーム装置内で生成され集束される。荷電粒子ビームでは、それらの波長が短いために、例えば光子ビームよりも優れた空間分解能が得られる。
【０００４】
一般に、荷電粒子ビーム装置は真空条件下で動作するが、真空チャンバ内で望ましくないイオン、イオン化分子その他の粒子が生成されることがある。動作中に、電子は、抽出器、陽極、開口、またはチャンバ壁など、装置のコンポーネントの表面に衝突する。このため、シャワー状の残留ガスが生じることがある。このシャワー状の残留ガス中の分子に、電子が当たると、イオン、イオン化分子その他の粒子が生成されることがある。これらのイオンおよびイオン化分子の電荷は、放出器から放出される荷電粒子の電荷の反対であり、残留ガス中のイオンおよびイオン化分子は、放出器に向かって加速される。その結果、これらのイオンおよびイオン化分子の衝突により、放出器が機械的に変形することがあり、また、これらの荷電粒子が放出器上に被着することがある。それによって、放出器のノイズが導入される。
【０００５】
そのため、現況技術の装置の荷電粒子コラム内の真空度を改善すべきである。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、改良型荷電粒子ビーム放出コンポーネントおよび改良型荷電粒子ビーム装置を提供することを意図している。本発明の態様によれば、独立請求項１および１４による荷電粒子放出コンポーネント、独立請求項１８による荷電粒子ビーム装置、および独立請求項１９による荷電粒子ビーム装置を動作させる方法が提供される。
【０００７】
一態様によれば、荷電粒子ビームを提供する荷電粒子放出コンポーネントが提供される。この装置は、第１のＵＨＶ領域、第２のＵＨＶ領域、およびこれら第１のＵＨＶ領域と第２のＵＨＶ領域を分離する残留ガス拡散障壁を備える。さらに、第１のＵＨＶ領域は、荷電粒子ビームの一部を本質的に遮蔽する要素を備えない。
【０００８】
荷電粒子ビームを遮蔽する要素に関して、それぞれのチャンバのハウジングまたはチャンバの部分も、荷電粒子ビームの一部を遮蔽しないようにすべき要素として理解されたい。
【０００９】
さらに、「本質的に」という用語は、好ましくは、これらの要素が荷電粒子ビームの２０％以下しか遮蔽しない、より好ましくは、これらの要素が荷電粒子ビームの１０％以下しか遮蔽しない、さらに好ましくは、これらの要素が荷電粒子ビームの２％以下しか遮蔽しないと理解されたい。
【００１０】
別の態様によれば、荷電粒子ビームを提供する荷電粒子放出コンポーネントが提供される。この装置は、第１のＵＨＶ領域、第２のＵＨＶ領域、およびこれら第１のＵＨＶ領域と第２のＵＨＶ領域を分離する残留ガス拡散障壁を備える。さらに、第１のＵＨＶ領域は、荷電粒子ビームの一部を本質的に遮蔽する要素を備えず、これら２つのＵＨＶ領域ごとに１つずつ、少なくとも２つの真空フランジがある。
【００１１】
別の態様によれば、荷電粒子放出コンポーネントが提供される。この荷電粒子放出コンポーネントは、荷電粒子ビームコラムの別の部分に案内される荷電粒子ビームを生成する。この装置は、銃チャンバのハウジング、荷電粒子ビームを放出する放出器、少なくとも１つのビーム整形要素、およびビーム方向に放出器の直後に置かれる残留ガス拡散障壁を備える。この残留ガス拡散障壁は、ビーム放出角に対応するサイズよりも大きいサイズの開口を有する。
【００１２】
ここで、「ビーム方向の直後」という用語は、拡散障壁が電界放出器の抽出器または調節器として働かない限り、放出器の放出器先端部から放出される電子は、拡散障壁の開口を通過する前に別の光学コンポーネントを通過せず、放出器先端部のすぐ後に抽出器を配置し得ることを意味する。
【００１３】
上記の態様を利用すると、残留ガス拡散障壁を通過した電子によりＥＳＤによって生成されるガス分子は、放出器領域に入らない。そのため、放出器の安定性が改善され、放出器が受ける損傷が小さくなる。
【００１４】
別の態様によれば、２つのＵＨＶ領域ごとに真空フランジが設けられる。
【００１５】
別の態様によれば、残留ガス拡散障壁は、最小で１０°のビーム放出角に対応するサイズの開口を有する。別の態様によれば、拡散障壁の開口の直径は、少なくとも１ｍｍであり、好ましくは少なくとも３ｍｍ、より好ましくは少なくとも５ｍｍである。上記を考慮すると、荷電粒子は、拡散障壁の表面に衝突せず、ＥＳＤが生じる前に開口を通過する。
【００１６】
別の態様によれば、残留ガス拡散障壁は、第１および第２のＵＨＶ領域に銃チャンバを分離する。そのため、第１および第２のＵＨＶ領域が生成される。これらの領域が分離され、かつ、第１のＵＨＶ領域ではＥＳＤがなくなるか、または低減されるため、放出器を含む第１のＵＨＶ領域の圧力状態を改善することができる。別の態様によれば、第１および第２のＵＨＶの領域またはチャンバの圧力は、最大で１０−８ミリバールである。そのため、第１のＵＨＶ領域と第２のＵＨＶ領域の圧力差は無視し得る。その結果、第１のＵＨＶ領域と第２のＵＨＶ領域の間には層流のガスの流れが存在しない。あるいは、最大で１桁の圧力差が存在し得る。これは、ＥＳＤによって生成されるガスが第２のＵＨＶ領域の真空レベルを悪化させるときに生じ得る。ただし、このガスの量は少ないため、圧力差は１桁に制限され、これは、先行技術で知られている差動排気システムで得られる圧力差よりも十分に小さい。
【００１７】
別の態様によれば、放出器は第１のＵＨＶ領域内に配置され、少なくとも１つのビーム整形要素は第２のＵＨＶ領域内に配置される。別の態様によれば、第１のＵＨＶ領域内に位置する表面に衝突する荷電粒子の量は、第１および第２のＵＨＶ領域である銃チャンバ内に位置する表面に衝突する荷電粒子の量の最大で２０％であり、好ましくは最大で１０％、より好ましくは最大で３％である。
【００１８】
別の態様によれば、荷電粒子ビームの一部を本質的に遮蔽するビーム整形要素は、第２のＵＨＶ領域内にしか配置されない。そのため、ＥＳＤは、第１の領域内では部分的または完全になくなる。
【００１９】
別の態様によれば、荷電粒子放出コンポーネントが提供される。この装置は、第１のＵＨＶ領域、第２のＵＨＶ領域、およびこれら第１のＵＨＶ領域と第２のＵＨＶ領域を分離する残留ガス拡散障壁を備える。ここで、第１のＵＨＶ領域内に位置する表面に衝突する荷電粒子の量は、銃領域内に位置する表面に衝突する荷電粒子の量の最大で２０％であり、好ましくは最大で１０％、より好ましくは最大で５％である。あるいは、他の態様に関して説明した細部を、この態様に部分的または完全に含めることができる。
【００２０】
別の態様によれば、先に述べた態様のいずれかが組み込まれる荷電粒子ビーム装置が提供される。そのため、この放出器装置は、検査、試験、リソグラフィ、または結像用のシステムに使用される。
【００２１】
別の態様によれば、荷電粒子ビームコラムを動作させる方法が提供される。ここで、第１のＵＨＶ領域および第２のＵＨＶ領域は、最大で１０−８ミリバールの圧力に、好ましくは最大で１０−９ミリバールの圧力に排気される。最大で１０−５ミリバールの圧力に排気される別のチャンバが少なくとも１つ存在する。差動排気区間が荷電粒子ビームコラムに含まれる場合、この少なくとも１つの別のチャンバは、最大で１０−７ミリバールの圧力に排気される。必要とされる真空レベルに達した後で、第１のＵＨＶ領域内で本質的にＥＳＤが生じないように荷電粒子ビームが放出される。
【００２２】
ここで、「本質的に」という用語は、好ましくは、１次電子の最大２０％によりＥＳＤが生じる、より好ましくは、１次電子の最大１０％によりＥＳＤが生じる、さらに好ましくは、１次電子の最大２％によりＥＳＤが生じると理解されたい。
【００２３】
したがって、別の態様によれば、荷電粒子ビームコラムは、第１のＵＨＶ領域内に位置する表面に衝突する荷電粒子の量が、銃チャンバ内に位置する表面に衝突する荷電粒子の量の最大で２０％になるように動作する。
【００２４】
別の態様によれば、荷電粒子放出コンポーネントを製作する工程が提供される。この工程は、第１のＵＨＶ領域、第２のＵＨＶ領域、およびこれら第１のＵＨＶ領域と第２のＵＨＶ領域を分離する残留ガス拡散障壁を提供することを含む。さらに、この装置は、第１のＵＨＶ領域が荷電粒子ビームの一部を本質的に遮蔽する要素を備えないように形成される。第１のＵＨＶ領域用の真空フランジおよび第２のＵＨＶ領域用の真空フランジが設けられる。
【００２５】
別の態様によれば、荷電粒子放出コンポーネントを製作する工程が提供される。それによって、銃チャンバのハウジング、荷電粒子ビームを放出する放出器、少なくとも１つのビーム整形要素、および残留ガス拡散障壁が提供される。この残留ガス拡散障壁は、ビーム方向に放出器の直後に設けられる。この残留ガス拡散障壁は、ビーム放出角に対応するサイズよりも大きいサイズの開口を備える。
【００２６】
ここで、「ビーム方向の直後」という用語は、拡散障壁が電界放出器の抽出器または調節器として働かない限り、放出器の放出器先端部から放出される電子は、拡散障壁の開口を通過する前に別の光学コンポーネントを通過せず、放出器先端部のすぐ後に抽出器を配置し得ることを意味する。
【００２７】
本発明は、ここで説明する各方法ステップを実施する機器部分を含めて、ここで開示する方法を実施する機器も対象とする。これらの方法ステップは、ハードウエアコンポーネント、適切なソフトウエアによってプログラムされたコンピュータ、これら２つの任意の組合せ、または他の任意のやり方によって実施し得る。さらに、本発明は、ここで説明する機器を動作させる方法も対象とする。この方法は、この機器のあらゆる機能を実施する方法ステップを含む。さらに、本発明は、ここで説明する機器を製作する工程も対象とする。この工程は、この機器のあらゆる機構を提供する工程ステップを含む。
【００２８】
以下の説明では、本発明の上記で示した態様および他のより詳細な態様の一部を説明し、図を参照して部分的に例示する。本明細書では、様々な図を通じて同様の数字は、本発明の同じまたは等価な特徴を表す。
【図面の詳細な説明】
【００２９】
本願の保護範囲を限定することなく、以下では、荷電粒子ビーム装置を、例えば電子ビーム装置と称する。この場合、電子ビーム装置は、特に電子ビームによる検査またはリソグラフィ用のシステムとすることができる。本発明は、依然として、他の荷電粒子放出源、および／または他の２次荷電粒子および／または後方散乱荷電粒子の放出源を使用して試料の像を取得する機器に適用し得る。
【００３０】
本明細書での真空に関係する考察はすべて、圧力が低いほど、より高いまたはより良好な真空度を指すことも当業者には理解されよう。そのため、真空度が高いほど、圧力は低い。
【００３１】
先に述べたように、真空チャンバ内の表面からのいわゆる電子刺激脱離（ＥＳＤ）は欠点とみなし得る。これは、放出器銃が配置される銃チャンバに特に当てはまる。例えば、冷電界放出器を安定に動作させるのに必要とされる圧力は約５×１０−１０ミリバールである。
【００３２】
図７に、荷電粒子ビーム装置１０を示す。この装置は、銃チャンバ１１、中間差動排気チャンバ１２、および試料チャンバ１３を有する。これらの各チャンバは、それぞれ真空フランジ１１ａ、１２ａ、および１３ａを有する。
【００３３】
試料１４は、試料チャンバ内に配置される。放出器１６から光軸１５に沿って放出される電子ビーム１７は試料上に案内される。静電レンズ１８は、銃チャンバ１１内に配置される。レンズ１８は、３つのレンズ要素を備え、電子ビーム１７を集束させる。前記電子ビーム１７の一部は、陽極としても働く一番上のレンズ要素によって遮蔽される。そのため、電子の一部は、例えば銃チャンバ１１内に配置された陽極などのコンポーネントに衝突する。それによって、ガス分子がこのコンポーネントの表面から脱離する。その結果、例えば５×１０−１０ミリバールの超高真空（ＵＨＶ）状態が悪化し、先に説明したように、放出器１６の安定性が低下し、また、放出器１６が損傷を受けることがある。
【００３４】
試料チャンバ１３から銃チャンバに入る分子によって銃チャンバ１１内の圧力がさらに下がらないように、中間チャンバ１２を導入する。中間チャンバ１２を使用して、偏向器またはレンズなど、他のビーム案内要素を収容することもできる。
【００３５】
そうではあるが、中間チャンバ１２を使用すると光学コラム全体の長さが長くなり、それが不安定性の原因になり、生産コストが上がり、光学設計があまり有利なものでなくなる。そのため、以下で説明する別の改善が望ましい。
【００３６】
図１に、放出器装置１００の一実施形態を示す。この装置は、銃チャンバハウジング１０１を有する。この銃チャンバは、第１のＵＨＶ領域１０２および第２のＵＨＶ領域１０４の２つの別々の区域を有する。これら２つの領域は、残留ガス拡散障壁１０６によって分離される。領域１０２および１０４はともに、それぞれ真空フランジ１０２ａおよび１０４ａを有する。それによって、領域１０２ａおよび１０４ａ内で超高真空を実現し得る。この銃チャンバはさらに、差圧開口１１０によって分離され、別のチャンバ１１２が形成される。
【００３７】
以下、放出装置１００の構成要素を説明する。冷電界放出器である放出器１６は、光軸１５に沿って電子を放出する。ここでは、電子ビームの放出角は約５°である。残留ガス拡散障壁１０６の開口１０７は、このコンポーネントの表面に本質的に電子が衝突しないように寸法設定される。そのため、電子は、電子刺激脱離（ＥＳＤ）が生じることなく、第２のＵＨＶ領域１０４に通過する。電子ビーム１７を整形または操作するコンポーネントはすべて、電子がこれらのコンポーネントの表面に衝突し得るように第２のＵＨＶ領域内に配置される。
【００３８】
図１では、陽極１０８が、電子を加速し、放出された電子ビーム１７の一部を遮蔽する。矢印１０９で示すように、陽極１０８の表面からガス分子が脱離する。それによって、銃チャンバ内の超高真空度が悪化する。ただし、残留ガス拡散障壁１０６のために、第１のＵＨＶチャンバ１０２内に分子が拡散する恐れはない。そのため、その中の真空度は悪化せず、放出器１６が損傷を受け、また不安定になる可能性が低くなる。
【００３９】
電子ビームが陽極１０８を通過すると、これらの電子の一部は、差圧開口１１０の円板要素にも当たる。この場合も、銃チャンバ１１内で脱離した分子は、第１のＵＨＶチャンバ１０２に入らない。
【００４０】
このように、ビーム整形その他の理由から電子が衝突する表面を有するコンポーネントは第２のＵＨＶ領域内に配置され、放出器は第１のＵＨＶ領域内に配置される。
【００４１】
以下、図１を参照して図２〜図６を説明する。そのため、図１に関する差異のみを説明する。
【００４２】
図２に、改変された残留ガス拡散障壁２０６を備えた実施形態を示す。一般に、動作時には、ＵＨＶ領域１０２および１０４の真空度はともに、圧力が最大で１０−８ミリバールである。ＥＳＤは第２のＵＨＶ領域内でしか生じず、そのため、第２のＵＨＶ領域の真空度だけが悪化するが、これらの領域の圧力はともに、例えば、本質的には５×１０−１０ミリバールである。ＥＳＤによって導入される第２のＵＨＶ領域内でのガスの量は、この領域から排気し得る程度に十分に少ない。したがって、これらの領域はともに本質的に同じ圧力を維持する。
【００４３】
そのため、圧力が大きく（例えば、２桁）異なる２つのチャンバを差圧開口によって分離したように、これら２つの真空領域を分離する必要はない。したがって、残留ガス拡散障壁２０６は、中央開口１０７と、銃チャンバ壁に向かって両側に、開口２０７とを有する。拡散障壁は、ガス分子が第１のＵＨＶ領域１０２内に拡散しないようにするだけでよいので、これで十分である。
【００４４】
そうではあるが、電子刺激脱離により、これら２つのＵＨＶ領域の圧力差が互いに匹敵し得るほど小さく、例えば１桁になる可能性もある。そのため、例えば、第１のＵＨＶ領域の圧力は１０−１０ミリバールであり、第２のＵＨＶ領域の圧力は１０−９ミリバールになる。このような場合には、図１で開示した残留ガス拡散障壁１０６を使用することが好ましい。圧力差が１桁の場合、残留ガス拡散障壁１０６は、分離開口として働く。さらに、これら２つのＵＨＶ領域は、ＵＨＶチャンバとみなすことができるはずである。ただし、依然として、差圧開口とは区別しなければならない。差圧開口は通常、２つの分離したチャンバ間で少なくとも２桁の圧力差が得られるように形成される。
【００４５】
図２の実施形態では、残留ガス拡散障壁２０６は同時に、引出し電極として働く。ここでの図に関して説明する個々の実施形態に無関係に、この拡散障壁は、すべての実施形態について、引出し電極、または放出器１６からの電子を調節または抽出する他の任意の電極として働き得る。ただし、残留ガス拡散障壁の開口１０７は、残留ガス拡散障壁が電極として働くか否かにかかわらず、その表面に電子が衝突しないように寸法設定しなければならない。そのため一般に、開口１０７の直径は、少なくとも１．５ｍｍとし、かつ／または、そのサイズを、少なくとも１０°のビーム放出角に対応させる。
【００４６】
ただし、開口１０７のサイズは、対応するビーム放出角および例えば放出器からの距離によって決まる。以下の実施例でこのことを説明する。放出器から開口までの距離を１ｍｍ、ビーム放出角を５°と仮定する。本願では、ビーム放出角は、放出円錐形の外面と放出円錐形の中心の間の角度と定義する。そのため、対応する開口の最小半径は約８７μｍになり、その結果、この開口の直径は約１７５μｍになる。このように、より小さな直径を用いることもできる。上記で説明したように、これは、放出位置から残留ガス拡散障壁までの距離によって決まる。
【００４７】
本願では、残留ガス拡散障壁は、ビーム方向に放出器の直後に置かれるとしている。冷電界放出器では、これは、残留ガス拡散障壁が抽出器または調節器として働く場合に当てはまることである。残留ガス拡散障壁とは独立に抽出器が存在する場合や、抽出器の荷電粒子用開口が、ＥＳＤが生じない程度に十分に大きい場合、この抽出器は第１のＵＨＶ領域内に配置することができる。そのため、本願の記載では、この抽出器は、それが残留ガス拡散障壁から離れている場合には、放出器の一部とみなされる。
【００４８】
次に、図３に関して別の実施形態を説明する。図３の電子放出装置１００も、残留ガス拡散障壁（または分離開口）１０６ならびに２つの別々の領域、すなわち、第１のＵＨＶチャンバ１０２および第２のＵＨＶ領域１０４を有する。第２のＵＨＶチャンバ、したがって銃チャンバ全体は、差圧開口１１０によってさらに分離され、別のチャンバ１１２が形成される。いずれのＵＨＶチャンバも真空フランジ１０２ａおよび１０４ａを有する。
【００４９】
図３で第２のＵＨＶチャンバ１０４内に配置されたビーム整形要素は、静電レンズ１８である。静電レンズ１８は、３つのレンズ要素を備える。放出器１６から放出された電子は、これら３つの要素の第１の要素に衝突する。図１に関して既に説明したように、ガス分子が脱離され、そのため、第２のＵＨＶチャンバ内の真空度が悪化する。しかし、ＥＳＤによって生成されたガスは、第２のＵＨＶチャンバから排気され、そのため、放出器１６の放出特性に影響を及ぼさない。
【００５０】
図４に別の実施形態を示す。この実施形態では、放出器は、冷電界放出器ではなく、摂氏数百度に加熱されたショットキ型放出器である。熱電子の放出を抑えるために、抑制器４０６が設けられる。抑制器４０６は第１のＵＨＶチャンバ内に配置されているが、放出器４０４の先端部は抑制器の下に配置されるので、電子は抑制器４０６の表面に衝突し得ない。このように、別のコンポーネントが第１のＵＨＶチャンバ内に配置されても、残留ガス拡散障壁はビーム方向に放出器の直後に置かれる。残留ガス拡散障壁１０６は放出器の後にあるので、上記の実施形態に関して説明した利点が、この実施形態にも適用される。
【００５１】
しかし、ある種の放出器配置では、放出器先端部のすぐ後に抑制器が配置される。本願では、残留ガス拡散障壁は、ビーム方向に放出器の直後にあるとしている。抑制器が存在し、この抑制器がＥＳＤを生成しないように形成される場合、この抑制器は、第１のＵＨＶチャンバ内に配置し得る。そのため、本願の記載では、このように形成された抑制器は、それが存在する場合には、放出器の一部とみなされる。
【００５２】
図４と図１の別の差異は、磁気コンデンサレンズ４０２および陽極１０８が第２のＵＨＶ領域１０４内に配置されていることである。これは、ここで開示する任意の実施形態と組み合わせる別の実施例と理解されたい。一般に、銃チャンバ内にビーム整形要素が設けられる可能性がいくつかある。ＥＳＤが生じ得る表面は、その大部分が第２のＵＨＶ領域１０４内に位置するはずである。ただし、例えばこれらの表面の少なくとも８０％が第２のＵＨＶ領域内にあれば、これは十分に本発明の範囲内である。
【００５３】
図５ａおよび図５ｂは、銃チャンバ１１の排気の態様について述べている。図５ａに、第１の実施形態を示す。ここでは、第１のＵＨＶ領域１０２は真空フランジ１０２ａを有し、第２のＵＨＶ領域１０４は真空フランジ１０４ａを有する。いずれも、１つの真空ポンプ５０２に連結される。例えば１０−１０ミリバールの圧力が得られるこのポンプは、イオンゲッタポンプまたはＮＥＧポンプ（非蒸発型ゲッタポンプ）とし得る。両方の真空フランジ１０２ａ、１０４ａをポンプに連結するベローズは、Ｔ継手のところで結合する。これら２つのＵＨＶ領域は連結されるが、わずかな圧力差が生じたとしても、分子は第２領域から第１領域に拡散し得ない。この差は、第１のＵＨＶ領域１０２への層流が生じない程度に十分に小さい。このように、これらのベローズにより、ガス分子の拡散に関して十分な抵抗が得られる。
【００５４】
図５ｂに示す別の実施形態によれば、ＵＨＶ領域１０２および１０４はそれぞれ、それ自体の真空ポンプに連結される。２つの真空ポンプ５０２ａおよび５０２ｂはそれぞれ、図５ａに関して説明したのと同じタイプのものとし得る。２つの別々のポンプを設けると、電子ビームコラムの近傍に設けなければならないコンポーネントの数が増える。しかし、一方のＵＨＶ領域が他方に対して及ぼし得る影響が小さくなる。
【００５５】
図１〜図５ｂに関して説明した実施形態は、例えば、異なる残留ガス拡散障壁１０６、２０６を有する。これらの残留ガス拡散障壁は、引出し電極および／または分離開口として働く。これらの実施形態では、第２のＵＨＶ領域に異なる形態のビーム整形コンポーネントが配置され、さらに、異なるタイプの放出器が示されている。それに加えて、真空ポンプへの連結部に関して変形形態を説明した。これらが相反しない限り、これらの実施形態の異なる態様を相互に組み合わせることができる。一実施例を示すために、以下で図６を説明する。
【００５６】
図６に、ポンプ６０２によって排気される試料チャンバ１３を備えた荷電粒子ビーム装置を示す。ポンプ６０２は、例えばターボポンプである。試料チャンバ１３内に配置される試料を検査またはパターン化するのに使用する電子ビーム１７は、放出コンポーネント１００内で生成される。放出コンポーネント１００は、第１のＵＨＶ領域１０２および第２のＵＨＶ領域１０４に分離される。これらを分離する要素は、開口１０７を備えた残留ガス拡散障壁１０６である。先に説明したように、この開口は、本質的に電子が拡散障壁に衝突しないように寸法設定される。そうではあるが、残留ガス拡散障壁（分離開口）１０６は、放出器１６からの電子が抽出または調節される電位に帯電させる。
【００５７】
放出器１６は、第１のＵＨＶ領域内に配置される。これとは逆に、電子ビーム１７の一部を遮蔽する他のすべてのビーム整形要素は、第２のＵＨＶ領域内に配置される。これらの要素は、陽極１０８および静電レンズ１８である。
【００５８】
第１のＵＨＶ領域１０２および第２のＵＨＶ領域１０４は、それぞれ真空フランジ１０２ａおよび１０４ａを有する。イオンゲッタポンプ５０２ａおよび５０２ｂは、それぞれのポートに連結される。そのため、ＵＨＶ領域１０２および１０４内でともに、１０−１０ミリバールの桁の範囲の超高真空を実現することができる。ＥＳＤのために生成されるガスの量は少ない。したがって、第２領域内での圧力変化およびこれら２つの領域間で生じる圧力差は無視することができる。
【００５９】
残留ガス拡散障壁１０６は、ガス分子が第１のＵＨＶ領域に入ることを妨げる。その結果、動作中、放出器を安定に動作させ、放出器１６への損傷を小さくすることができる。
【００６０】
特定の実施形態に無関係に、また、特定の実施形態に本発明を限定することなく、以下の態様も考え得る。
【００６１】
一態様によれば、この装置は、銃チャンバと別のチャンバの間に差圧開口を有する。それによって、銃チャンバ内で超高真空を実現することができる。
【００６２】
別の態様によれば、残留ガス拡散障壁は、放出器から放出された荷電粒子を抽出または調節する引出し電極として働く。ただし、この残留ガス拡散障壁は、電子ビームの一部を遮蔽しないように、あるいは、他の理由から電子が当たらないように寸法設定される。
【００６３】
残留ガス拡散障壁のサイズとは異なり、別の態様によれば、一般に、第２のＵＨＶ領域に配置されるビーム整形要素は、例えば、最大で１°のビーム放出角に対応するサイズの開口を設けることによって、荷電粒子ビームの一部を遮蔽することができる。
【００６４】
別の態様によれば、第１および第２のＵＨＶ領域はそれぞれ、真空フランジを有する。ここで、第１のＵＨＶ領域に対応する第１の真空フランジおよび第２のＵＨＶ領域に対応する第２の真空フランジはともに、１つの真空ポンプに連結される。代替形態として、第１のＵＨＶ領域に対応する第１の真空フランジおよび第２のＵＨＶ領域に対応する第２の真空フランジは、別々の真空ポンプに連結される。これらのポンプは、イオンゲッタポンプ、非蒸発型ゲッタポンプなどのいずれか１つ、またはこれらの任意の組合せとし得る。
【００６５】
上記を考慮すると、一実施例によれば、脱離を励起する電子がおそらくは当たることがある第１のＵＨＶチャンバの表面は、放出器、残留ガス拡散障壁、および銃チャンバ壁の、第１のＵＨＶチャンバに対応する部分のうちのコンポーネントの少なくとも１つの表面であり、第２のＵＨＶチャンバの表面は、少なくとも１つのビーム整形要素、差圧開口、および銃チャンバ壁の、第２のＵＨＶチャンバに対応する部分のうちのコンポーネントの少なくとも１つの表面である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】分離開口として働く残留ガス拡散障壁を備えた放出コンポーネントの実施形態の概略側面図である。
【図２】別の残留ガス拡散障壁を備えた放出コンポーネントの実施形態の概略側面図である。
【図３】ビーム整形要素としてアインツェルレンズを備えた放出コンポーネントの実施形態の概略側面図である。
【図４】別のビーム整形要素を備えた放出コンポーネントの実施形態の概略側面図である。
【図５ａ】異なる真空ポンプ連結部を備えた放出コンポーネントの実施形態の概略側面図である。
【図５ｂ】異なる真空ポンプ連結部を備えた放出コンポーネントの実施形態の概略側面図である。
【図６】荷電粒子ビーム装置の概略側面図である。
【図７】単一領域の銃チャンバおよび差圧チャンバを含む荷電粒子ビームコラムの図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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