粒子束设备和用于运行粒子束设备的方法与流程

本发明涉及一种粒子束设备以及一种用于运行粒子束设备的方法和特别是一种用于清洁这样的设备的方案。

背景技术：

已知的粒子束设备、例如电子束写装置包括具有粒子束光学器件的柱，以便通过所述粒子束光学器件在真空样品室中在曝光运行中曝光所期望的图案。在此，在运行持续时间过程中，有机污物沉积在柱和/或真空样品室中的部件的表面上，例如在光圈上或者在静电转向系统的电极上。这些污物例如来源于在真空样品室中的衬底上的对于光刻工艺所需的漆。通过借助粒子束的轰击例如电子从漆中释放有机分子，所述有机分子蒸发、从真空样品室扩散到柱中并且能够在柱中吸附到部件表面上。通过借助带电微粒的轰击来拆分和链接分子，使得在部件表面上形成固定的碳丰富的污染层，所述污染层不再脱附。所述污染层具有差的导电性并且可以通过射到所述污染层上的初级电子和次级电子被强烈充电。在柱中变换的条件下，然后污染层被缓慢地充电或者放电。在污染层中的时间上可变的电荷因此在曝光运行中产生时间上可变的静电场。这样的电场又使柱中的粒子束非所期望地转向并且例如导致射束位置在衬底上的不可控制的漂移或者以不可控制的方式影响其他射束特性。因此，在这样的设备中需要在柱中或者真空样品室中的相应地易感的表面的定期的清洁，以便避免或者至少最小化污物的这些负面影响。除了相应构件的耗时的拆装和所述构件的清洁之外，已知在不必拆除粒子束设备的柱的情况下去除相应污染的不同方法。

在DE 100 57 079 A1中例如提出，在曝光期间将臭氧引入到柱的室中。通过借助电子的轰击，将臭氧分裂成氧和氧自由基。然后，氧自由基与在柱中的部件表面上的污物发生反应并且将在此产生的反应产物泵出。该方法的缺点是，通过该方法几乎不能够实现柱中的确定的部件的在空间上有针对性的清洁。此外，当在曝光运行中必须同时维持所需的高度真空时，在柱的所有区域中的合适的臭氧压力的调节是困难的。

用于粒子束设备的柱的另一类清洁方法由出版文献DE 10 2008 049 655 A1或者US 6 207 117 B1已知。在此，在柱中在污物易感的部件的区域中施加催化材料并且通过气体供给系统将可激活的物质引入到柱中。在所引入的物质通过催化材料激活之后，经激活的物质然后与现存污染材料相互作用并且可以将在此产生的反应产物泵出。所引入的物质的激活在此可以替代地或者支持性地通过借助UV辐射的曝光来实现，为此将相应的UV-光源布置在柱中或者可引入到柱中。即使在该方法中，几乎也不能够实现在确定的部件上的污物的有针对性的清除，尤其不能够符合需求地局部控制所述清洁。

技术实现要素：

本发明所基于的任务是，说明一种粒子束设备和一种用于运行粒子束设备的方法，通过所述方法能够实现在这样的设备的柱中和/或真空样品室中的部件表面的有针对性的以及有效的清洁。

根据本发明，所述任务通过具有权利要求1的特征的粒子束设备解决。

根据本发明的粒子束设备的有利实施方式由在权利要求1的从属权利要求中列举的措施得出。

根据本发明的粒子束设备包括：

- 柱，所述柱具有用于产生粒子束的粒子束光学器件，以便通过所述粒子束光学器件在真空样品室中在曝光运行中曝光所期望的图案，

- 气体供给系统，以便通过所述气体供给系统在清洁运行中给所述柱和/或所述真空样品室供给具有可光解的气体的可调节气流，和

- 多个光源，所述多个光源在空间上分布地布置在所述柱中和/或所述真空样品室中并且在所述清洁运行中引起所供给的气体的光解，

- 与所述光源连接的控制单元，所述控制单元被构造成，使得通过所述控制单元能够在所述清洁运行中在时间上选择性地接通和关断各个光源。

在一种有利的实施方式中，所述控制单元此外与所述气体供给系统的进入阀有效连接并且被构造成，使得通过对所述进入阀的作用能够在所述清洁运行中有针对性地调节所述柱中和/或所述真空样品室中的气体压力。

在此，对于所述柱的和/或所述真空样品室的所定义的空间区域，在所述控制单元中可以分别存储参数组，所述参数组包含用于相应区域的最佳清洁所需的参数，并且其中，所述参数组至少包括一个或者多个确定光源的选择、所述光源的接通时间和在所述柱中和/或所述真空样品室中的确定的气体压力。

此外可能的是，所述真空样品室与真空泵有效连接，以便泵出由所述光解产物与污物的反应产生的分解产物并且在所述真空样品室和所述真空泵之间布置有转化单元，所述转化单元分解所述可光解的气体的还位于所述泵出气流中的残余物。

有利的是，在所述柱中布置有粒子束源，在所述粒子束源前布置有保护光圈，以便保护所述粒子束源免于光解产物的反向扩散。

此外有利的是，所述光源在所述柱中和/或在所述真空样品室中分别与易于有机污染的元件相邻地布置。

在一种可能的实施方式中，所述光源分别被构造为LED，其在200nm和300nm之间的紫外光谱范围中进行发射。

替代地也可以规定，所述多个光源被构造为具有多个光导纤维的纤维束的出射面并且在空间上分布地放置在所述柱中和/或所述真空样品室中，并且在所述纤维束的另一端部布置有光源，通过所述光源实现光耦合输入到所述纤维束的各个光导纤维中，并且其中，在所述光源和所述光导纤维之间布置有至少一个纤维光学的开关单元，所述开关单元可通过所述控制单元操纵以便在时间上选择性地接通和关断各个光导纤维。

此外可能的是，在所述柱之外布置有氧储存装置以及臭氧发生器，通过所述臭氧发生器可由所述氧储存装置产生臭氧作为可光解的气体并且可通过所述气体供给系统供给给所述柱，并且其中，通过由所述光源发射的辐射与所述臭氧之间的相互作用产生氧自由基作为光解产物，所述氧自由基与污物反应生成可泵出的分解产物。

此外，所述任务通过具有权利要求10所述的特征的用于运行粒子束设备的方法解决。

根据本发明的方法的有利的实施方式由在权利要求10的从属权利要求中列举的措施得出。

根据本发明的用于运行粒子束设备的方法，所述粒子束设备具有柱，所述柱包括粒子束光学器件，以便通过所述粒子束光学器件在真空样品室中在曝光运行中曝光所期望的图案，所述方法规定：

为了清洁所述柱和/或所述真空样品室，在清洁运行中通过气体供给系统给所述柱和/或所述真空样品室供给具有可光解的气体的可调节气流，并且

在所述清洁运行中，借助在空间上分布地布置在所述柱中和/或所述真空样品室中的多个光源光解所供给的气体，其方式是，各个光源通过与其连接的控制单元在时间上选择性地接通和关断。

此外可能的是，所述控制单元与所述气体供给系统的进入阀有效连接并且在所述清洁运行中作用于所述进入阀，使得定义地调节所述柱中和/或所述真空样品室中的气体压力。

此外可以规定，通过所述控制单元，在所述清洁运行中根据在相应的光源的环境中的污物进行各个光源在时间上的激活。

有利地，在清洁运行期间关断粒子束。

在一种可能的实施方式中，通过真空泵抽吸由所述光解产物与污物的反应产生的分解产物。

在此还可以附加地规定，分解所述可光解的气体的还位于所述泵出气流中的残余物。

在根据本发明的粒子束设备或者根据本发明的方法中被证明为特别有利的是，在清洁运行中基于多个在时间上选择性地可接通和可关断的光源的使用能够实现在粒子束设备的柱和/或真空样品室中的特别受污染的元件或者区域的有针对性的局部清洁。对此，总系统的拆装不是必需的，也即可以明显缩短设备的对于清洁运行产生的停机时间。基于所实现的、用于所涉及的元件的有针对性的局部清洁的方案，还能够在很大程度上最小化在柱和/或真空样品室中的其他未受污染的构件的负荷。

可光解的气体的分解产物的产生位置和所述分解产物在柱和/或真空样品室中的作用距离能够彼此独立地良好地通过所设置的控制单元来控制。这一方面通过在清洁运行中分别待接通的一个（多个）光源的有针对性的选择来实现，另一方面通过对进入阀和对在柱中和/或真空样品室中的通过所述进入阀可调节的压力的作用来实现。通过这种方式和方法，对于每个待清洁的柱区段或者真空样品室的每个区域可以彼此无关地选择最佳参数。

根据下面对本发明的设备的和根据本发明的方法的实施例结合附图的描述来阐述本发明的其他细节和优点。

附图说明

其中：

图1示出根据本发明的粒子束设备的第一实施例的强烈示意性的示图；

图2示出用于阐述根据本发明的方法的流程图；

图3示出根据本发明的粒子束设备的第二实施例的强烈示意性的示图。

具体实施方式

下面根据在图1中的强烈示意性的示图阐述根据本发明的粒子束设备的第一实施例。

在该实施例以及另外的实施例中，根据本发明的粒子束设备分别被构造为电子束写装置；但原则上，本发明显然也可以与其他粒子束系统相结合地被使用，例如离子束设备、电子束显微镜等。

根据本发明的粒子束设备包括柱10，所述柱具有用于产生粒子束或者电子束的粒子束光学器件，以便通过所述粒子束光学器件在真空样品室20中在曝光运行中在衬底21上写所期望的图案。除了在柱10中布置的粒子束源11之外，此外不同的光圈13.1、13.2以及静电转向电极14.1-14.6属于粒子束光学器件，所述光圈和静电转向电极在图中仅仅强烈示意性地标出。通过这些元件，在柱10中以原理上已知的方式和方法实现由粒子束源11产生的粒子束在曝光运行中的成型和转向。

此外，气体供给系统属于根据本发明的粒子束设备，所述气体供给系统基本上包括可调节的进入阀3以及在进入阀3与柱10之间的连接管路。通过气体供给系统例如可以在清洁运行中给所述柱10的上端部供给具有可光解的气体的可调节气流并且通过柱10引导所述气流；在图1中，在柱10中的相应气流标为点线。显然，替代地也可以在柱10的其他位置供给这样的气流。

在本实施例中，可光解的气体是臭氧（O₃），所述臭氧在臭氧发生器2中产生并且然后供给给气体供给系统。为了产生臭氧，在此给臭氧发生器2输送氧储存装置1中的分子氧（O₂），然后在臭氧发生器2中以已知的方式和方法、例如通过根据西门子原理的平静放电进行臭氧产生。

这样供给给柱10的臭氧（O₃）然后在清洁运行中在柱10中和/或真空样品室20中光解，也即通过紫外辐射的局部作用分裂成氧分子（O₂）和氧自由基（O^-）形式的光解产物。然后，氧自由基（O^-）在柱10中和/或真空样品室20中充当氧化剂，通过所述氧化剂能够通过氧化来分解在系统的不同元件上的富含碳的有机污物。由氧自由基（O^-）和有机污物之间的氧化反应此外产生二氧化碳（CO₂）和水（H₂O）作为挥发性的反应产物或者分解产物，其增加柱10中的气流并且最后如在图1中所示的那样在柱20的下端部处或者通过真空样品室20泵出；该泵出在此显然也可以在根据本发明的粒子束设备的其他的合适位置进行。

为了保护柱中的粒子束源11以防光解产物、尤其氧自由基（O^-）的反向扩散，被证明为有利的是，在粒子束源11前方布置具有狭窄的光圈开口的保护光圈12。通过这种方式和方法能够避免粒子束源11通过附加的氧化过程引起的可能增加的磨损。

在清洁运行中真空泵5用于泵出在氧化中产生的分解产物二氧化碳（CO₂）和水（H₂O），所述真空泵在图1中仅仅示意性地标出，所述泵在曝光运行中用于对系统抽真空并且产生所需要的高度真空。通常使用由机械前级泵、如叶轮式回转泵或者涡旋泵和涡轮分子泵的组合作为合适的真空泵5，也即真空泵5通常是由多个相互协调的单个泵组成的泵系统。

在本实施例中，在真空样品室20和真空泵5之间在泵出气流中还布置有臭氧破坏器形式的转化单元4。通过转化单元4分解可光解的气体或者臭氧（O₃）的还可能位于泵出气流中的残余物，以便避免环境危险和/或健康危险。残余臭氧（O₃）的这种分解可以在转化单元4中例如通过借助波长250nm的强UV光的照射或者可以通过贵金属催化剂实现。

为了在电子光学柱10中和/或必要时在真空样品室20中有针对性地调节对于清洁运行所需的例如在1Pa-100Pa之间的范围内的气体压力，在真空泵5的给定的泵功率的情况下通过可调节的进入阀3使可光解的气体臭氧（O₃）的所需的－通常小的－量进入到柱10中。为此，进入阀3与控制单元30有效连接，所述控制单元以合适的方式和方法操纵进入阀3或者作用于所述进入阀。

因此，在根据本发明的粒子束设备中，除了实际的曝光运行之外设置单独的清洁运行，在所述清洁运行中，通过先前阐述的方式和方法实现在柱10中和/或真空样品室20中的受有机污染的元件的有针对性的、在空间上选择性的清洁。

在此，对于本发明决定性的是，在所述柱10中和/或所述真空样品室20中多个光源15.1-15.5在空间上分布地布置，通过所述多个光源引起所供给的气体的或者臭氧（O₃）的光解并且所述多个光源能够通过所述控制单元30在时间上选择性地接通和关断。在所示实施例中，光源15.1-15.5为此分别与粒子束设备的柱10中的易于有机污染的元件相邻地布置；例如，光源15.1放置在光圈13.1附近，光源15.2放置在静电转向电极14.1和14.2附近，等等。显然，五个光源15.1-15.5的在图1中示出的与确定的光圈13.1、13.2和转向电极14.1-14.6相邻的布置应理解为仅仅示例性的，也即自然也可以在柱10和/或真空样品室20中设置更大数目或者更小数目的光源15.1-15.5；此外，所述光源也可以放置在柱10和/或真空样品室20中的、污染易感的其他位置处。在真空样品室20的情况下，例如可以涉及在图中未示出的射束探测器或者无源元件，其被如此清洁。

通过这样的方式和方法，根据本发明可能的是，在柱10和/或真空样品室20中的受污染的元件的直接附近通过借助紫外辐射的照射来激活臭氧流并且局部有针对性地产生足够大数目的氧自由基（O^-），所述氧自由基然后与在相应元件上的有机污物反应生成不同的挥发性分解产物、二氧化碳（CO₂）或者水（H₂O）。光源15.1-15.5与相应元件的紧邻布置或者在柱10和/或真空样品室20的区域中的布置还引起，通过UV照射可以直接激励或者激活污染层中的分子，并且由此还可以更容易地通过氧自由基（O^-）氧化所述分子并且因此将其去除。一些有机分子在此甚至可以通过借助紫外光的无遮盖的照射解离成挥发性分子并且被泵出。

在根据本发明的粒子束设备的该实施例中，优选将柱10中的LED（发光二极管）用作光源15.1-15.5，其在200nm和300nm之间的紫外光谱范围中进行发射。在此，被证明为特别适合的尤其是基于氮化铝的LED。这种LED具有以下寿命，其在每个月数个小时范围内的清洁时间的情况下明显超过相应粒子束设备的寿命。在约250nm的范围中，尤其臭氧（O₃）特别好地吸收紫外辐射并且通过紫外辐射可以容易地解离成氧分子（O₂）和氧自由基（O^-）。

LED的使用基于所述光源15.1-15.5的紧凑性也被证明为极其有利，因为所述光源（包括所需的馈电线在内）可以不成问题地在柱10中和/或真空样品室20中布置在所需的位置处，而不引起与在柱10中和/或真空样品室20中存在的其他构件的冲突问题。由此也可以保证，可以首先有针对性地照射特别有污染危险的元件，而对其他可能辐射敏感的元件、例如线缆绝缘部遮挡所发射的UV辐射。

此外，被构造为LED的光源15.1-15.5也可以无较大的风险地使用在柱10的和/或真空样品室20的真空中，而不必担心对于总系统的真空系统的较大危险。

相反，在使用传统UV光源、诸如水银蒸气灯的情况下，将引起关于水银蒸气灯在柱10中和/或真空样品室20中的合适布置的问题，因为水银蒸气灯明显更大地构造。此外存在以下风险，即在这种光源损害的情况下，总系统的真空系统可能通过所引起的水银污染而变得不能用。

作为在所述波长范围中的光源15.1-15.5的使用的另外的优点可列举如下，即与在使用还更短波长的辐射——通过所述还更短波长的辐射例如可能直接使氧分裂——的情况下相比，通过所述光源原则上较少强烈地攻击柱10中和/或真空样品室20中的金属表面。

通过控制单元30，在清洁运行中可能的是，有针对性地在确定的持续时间上接通并且接着关断各个光源15.1-15.5，也即在时间上选择性地接通和关断各个光源。这例如可以意味着，在柱10的和/或在真空样品室20中的确定区域中在确定的持续时间内接通光源15.1-15.5中的各个光源，并且仅仅在那里引起臭氧气流的解离和因此在该区域中的构件的局部选择性清洁。例如，在此，例如在确定的持续时间内仅仅接通下方柱区域中的这两个光源15.4、15.5，以便专门清洁特别受污染的转向电极14.5、14.6和光圈13.2，等等。但原则上也可能的是，在需要的情况下同时接通所有光源15.1-15.5。

如上已经提到的那样，控制单元30不仅仅如所阐述的那样作用于光源15.1-15.5，而且与可调节的进入阀3有效连接。由此可能的是，在泵5的给定的泵功率的情况下有针对性地调节在柱10中和/或真空样品室20中的可光解的气体的或者臭氧（O₃）的气体压力。通过所述气体压力又可以良好地调节所述清洁方法的清洁作用的作用距离，因为所产生的氧自由基（O^-）的密度通过在气体中的碰撞根据压力随着与自由基产生的位置的距离指数式减少。

一方面通过控制单元30和其对进入阀3的作用可能性和因此在柱10和/或真空样品室20中的气体压力以及另一方面通过光源15.1-15.5的由此可能的选择性的可接通性和可关断性，因此能够特别有针对性地和有效地在清洁运行中清除在柱10和/或真空样品室20中的不同区域中的污染。为此，在控制单元30中可以对于粒子束设备的柱10的和/或真空样品室的确定的空间区域存储用于相应区域的最佳清洁的参数组。这种参数组在此至少包含确定的光源15.1-15.5的选择以及在柱10和/或真空样品室20中的确定的气体压力，所述光源为此必须被接通，所述气体压力对于该区域的局部清洁作为最佳来确定。除这之外还有针对每个所选择的光源15.1-15.5的以下持续时间：通过所述持续时间可理想地接通所述光源。因此，通过所述方式和方法能够实现粒子束设备的柱10和/或真空样品室20的不同地受污染的区域的最佳清洁。各个光源15.1-15.5的在时间上的激活在此原则上根据相应光源15.1-15.5的环境中的污染进行，也即在柱10和/或真空样品室20中的待清洁元件的或者区域的污染越大，则相应的一个（多个）光源通常越长时间地被接通。

根据图2中的流程图下面阐述，在根据本发明的用于运行粒子束设备的方法的一种实施方式中如何逐步地进行。

因此，在需要情况下由曝光运行——在所述曝光运行中借助粒子束和布置在柱中的粒子束光学器件来在真空样品室中曝光衬底上的所期望的图案——切换到清洁运行中，以便清洁在柱中和/或真空样品室中的受污染的元件。在清洁运行的第一方法步骤S1中，在此首先关断粒子束并且激活臭氧产生。如果必要时应在系统中存在离子吸气泵，则在此被证明为有利的是，在清洁运行中同样切断离子吸气泵，以便避免所述离子吸气泵的损坏。接着在方法步骤S2中进行用于在柱中和/或真空样品室中的所选择的待清洁的元件、即例如确定的光圈的参数组的加载。属于该参数组的有：在柱中和/或真空样品室中的所定义的气体压力的选择、相应的元件附近的一个或者必要时多个光源的选择以及必要时用于所述一个（多个）光源的接通时间；用于所涉及的元件的相应的最佳参数组在此事先已经被确定。然后在下面的方法步骤S3中执行实际的清洁过程。在此，合适地操纵进入阀，以便使臭氧在小的压力下进入到柱中，在所期望的持续时间上接通所述一个（多个）光源并且泵出由污染层的氧化产生的分解产物。在接着的方法步骤S4中然后检查，是否在柱中和/或真空样品室中的所有受污染的元件已清洁了。如果不是这种情况，则在方法步骤S5中选择下一元件并且重新实施方法步骤S2-S4，其中，自然可以选择用于该元件的清洁的相应优化的参数组。如果通过这种方式和方法在柱中和/或真空样品室中的所有受污染的元件或者区域最后都被清洁了，则在方法步骤S6中去激活或者切断臭氧产生，封锁进入阀并且重新开动粒子束以及必要时离子吸气泵，以便然后重新在常规的曝光运行中运行粒子束设备。

在这样的清洁过程之后，根据本发明的粒子束设备的柱此外可以快速地重新被抽真空并且开始运行。这是可能的，因为在清洁运行就环境压力而言不需要柱的通风并且也没有潮湿的环境空气可以侵入到柱中。因此省去了否则所需的对柱的超高度真空区域中的元件、例如粒子束源的加热。

所描述的清洁过程不仅可以以有规律的间隔来实施或者根据需要、当例如在曝光运行中出现粒子束的大的漂移时来实施。也可能的是，当出于其他原因必须对柱进行通风并且将其打开例如以便更换柱构件的时候，应用相应的清洁方法；于是通过根据本发明的手段也可以快速并且有针对性地分解在柱和/或真空样品室中的元件上的有机污物。

除了柱和/或真空样品室的所阐述的清洁以外可能的是，在通风过程之后在泵出过程期间也有针对性地接通UV-光源，因为由此可以加速在柱和/或真空样品室中的确定的材料的除气行为。通过这种方式和方法因此可以通过在柱和/或真空样品室中首要设置用于清洁运行的光源附加地降低根据本发明的粒子束设备的停机时间。

接着根据图3阐述根据本发明的粒子束设备的第二实施例；在此，下面仅仅讨论与第一实施例的决定性区别，在其他方面该实施例相应于已经详细地阐述的第一实施例。

因此，图3中的实施例主要在多个光源115.1-115.5在根据本发明的粒子束设备的电子光学柱110中的构造方面不同于图1中的实施例。光源115.1-115.5在此被构造为具有多个光导纤维的纤维束的出射面并且在空间上分布地放置在柱110中。在纤维束的另一端部处布置有唯一的中央光源150，所述中央光源又发射在200nm和300nm之间的波长范围中的紫外辐射并且将该辐射选择性地耦合输入到各个光导纤维中。在光源150和多个光导纤维之间为此布置有仅仅示意性地示出的、以已知的方式和方法构造的以纤维光学复用器形式的纤维光学的开关单元140，所述开关单元可以通过控制单元130操纵以用于时间上选择性地接通和关断各个光导纤维和因此柱110中的光源115.1-115.5。

各个光导纤维的出射面与上述实施例的LED光源类似地又布置在根据本发明的粒子束设备的柱110中的以下元件或者区域附近，所述元件或者区域易于有机污染并且能够通过所阐述的方法在清洁运行中被清洁。显然在该实施例中也可以规定，将各个光导纤维的出射面与真空样品室120的污染易感的元件相邻地布置。

除了具体描述的实施例，在本发明的范围中显然也还存在其他构型方案。

因此，如在上面已经所示的那样可能的是，除了电子束写装置之外也根据本发明构造其他粒子束系统。

此外也可以使用其他可光解的气体，对于所述其他可光解气体的激活，尤其适合的LED或者光导纤维或者纤维光学的开关单元是可用的等等。