Elektronenquelle

Abstract

 Zur gleichmäßigen Ausleuchtung eines linienförmigen Objekts wird vorteilhafterweise eine ebenfalls linienförmige Elektro­nenquelle in die Objektebene abgebildet. Da bekannte LaB6-­Schneidenemitter nur sehr schwer innerhalb des Strahlerzeu­gers zu Justieren sind bzw. ein ungünstiges elektronenopti­sches Verhalten aufweisen, wird vorgeschlagen, ein dünnes LaB6-­Kristallplättchen (KP) als Elektronenemitter zu verwenden und zwischen zwei als Heizelemente dienenden Graphitwürfeln (G, G′) einzuspannen. Diese bilden zusammen mit einer Seitenfläche (EF) des Kristallplättchens (KR) eine ebene Äquipotentialflä­che, aus der die Elektronen ins Vakuum austreten.

Beschreibung

[0001] Aus Microelectronic Engineering 9 (1989), Seite 199 bis 203 ist ein Lithographiegerät (Elektronenstrahlschreiber) bekannt, dessen elektronenoptische Säule eine Steuereinheit zur Erzeu­gung einer Vielzahl individuell ablenk- bzw. austastbarer Elek­tronensonden enthält. Diese in Microelectronic Engineering 9 (1989) Seite 205 bis 208 beschriebene Steuereinheit besteht im wesentlichen aus einer Apertur- und einer Ablenkplatte, wobei die der Sondenerzeugung dienende Aperturplatte als freitragen­de Membran ausgebildet und mit einer linienförmigen Anordnung quadratischer Durchtrittsöffnungen versehen ist. Zur gleich­mäßigen Ausleuchtung dieser linienförmigen Lochstruktur bildet man eine ebenfalls linienförmige Elektronenquelle (LaB6 - Schneidenemitter) vergrößert auf die Aperturblende ab, wobei höchste Anforderungen an die Achsenparallelität und Homogeni­tät des von der Beleuchtungsoptik erzeugten Bandstrahls in der Objektebene zu stellen sind.

[0002] Bekannte linienförmige Elektronenquellen besitzen den Nachteil, daß deren Justierung im Strahlerzeuger erhebliche Probleme be­reitet (siehe Microelectronic Engineering 9, 1989, Seite 259 bis 262). Außerdem zeigen die bisher verwendeten LaB6-Schnei­denemitter ein ungünstiges elektronenoptisches Verhalten, was eine gleichförmige Ausleuchtung eines linienförmigen Objekts mit einem großen Längen- zu Breiten-Verhältnis erschwert (sie­he Microelectronic Engineering 9, 1989, Seite 209 bis 212 und EP-A-0 207 772).

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit einer run­den Winkelverteilung emittierende Elektronenquelle zur gleich­mäßigen Ausleuchtung eines linienförmigen Objekts anzugeben. Die Elektronenquelle soll insbesondere in einem Kammsonden­schreiber verwendet werden können und einfach aufgebaut sein.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Elektronenquellen nach den Patentansprüchen 1 und 6 gelöst.

[0005] Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, daß linienförmige Elektronenquellen mit einem großen Längen-zu Breiten-Verhältnis hergestellt werden können.

[0006] Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der im folgenden anhand der Zeichnung erläuterten Erfindung. Hierbei zeigt:

Figur 1 einen Elektronenstrahlerzeuger

Figur 2 die linienförmige Elektronenquelle des Strahlerzeugers

Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer linienförmigen Elektronenquelle.

[0007] Der in Figur 1 schematisch dargestellte Strahlerzeuger mit einer linienförmigen Elektronenquelle kann beispielsweise in dem bekannten Kammsondenschreiber zur gleichmäßigen Ausleuch­tung der auf der Aperturplatte vorhandenen Lochstruktur ver­wendet werden. Der Strahlerzeuger besteht im wesentlichen aus einer auf Erdpotential liegenden Anode A, einer Steuerelektro­de W (Wehnelt-Elektrode) und einer geheizten Lanthan-Hexaborid-­Kathode K, die mit Hilfe einer Edelstahlhalterung H zentriert bezüglich der eine schlitzförmige Durchtrittsöffnung aufweisen­den und gegenüber der Kathode K negativ vorgespannten Steuer­elektrode W angeordnet ist. Die Kathodenhalterung H umfaßt zwei Stellschrauben S, S′ und eine aus den Klemmen K1, K1′ be­stehende Einspannvorrichtung, die die mit Hilfe der Schrauben S, S′ erzeugten Haltekräfte auf die zwischen den Heizelemen­ten G, G′ angeordnete Boridkathode K übertragen. Aufgrund der thermisch günstigen Halterung ist nur eine geringe Heizlei­stung notwendig, um die im Hochvakuum von 10⁻⁶ bis 10⁻⁷ Torr angeordnete Kathode K auf die erforderliche Betriebstempera­tur von etwa 1200 bis 1800°C zu erhitzen. Die Heizspannung wird dem Strahlerzeuger hierbei über die auf dem Kathoden­potential liegenden Anschlußklemmen HV, HV′ zugeführt.

[0008] Wie die Figur 2 schematisch zeigt, besteht die Kathode aus einem dünnen Laß6-Kristallplättchen KP, das bei einer Kanten­länge von beispielsweise 1 bis 5 mm eine Dicke von etwa 0,5 bis 20 µm aufweist. Das Kristallplättchen KP ist hierbei zwi­schen zwei als Heizelemente dienenden Würfeln G, G′ aus Pyro­graphit eingespannt und gegebenenfalls mit diesen verklebt. Da die Graphitwürfel G, G′ zusammen mit der Kathode eine vollkom­men ebene Äquipotentialfläche bilden und die Elektronen auf­grund der Halterung nur an den Seitenflächen EF des Kristall­plättchens KP ins Vakuum austreten, ist eine für die gleich­mäßge Ausleuchtung der linienförmigen Lochstruktur erforderliche runde Winkelverteilung der Elektronenemission gewährleistet. Zudem kann man durch eine geeignete Bearbeitung und Einspan­nung der Boridkathode sicherstellen, daß eine der emittieren­den Seitenflächen EF einer 100-Kristallfläche entspricht, wo­bei diese zusammen mit den Graphitbacken annähernd senkrecht zur Strahlachse des Lithographiegeräts orientiert wird. Zudem erlaubt der einfache Aufbau der Kathode die Herstellung linien­förmiger Elektronenquellen mit einem sehr großen Längen- zu Breiten-Verhältnis von beispielsweise 2000 : 1. Ein weiterer Vorteil der Elektronenquelle besteht darin, daß die nach län­gerem Betrieb im Bereich des Übergangs zwischen den Graphit­würfeln G, G′ und dem Kristallplättchen KP eventuell auftreten­den Unebenheiten durch Schleifen der montierten Kathode besei­tigt werden können.

[0009] Gemäß weiterer Erfindung kann eine linienförmige Elektronen­quelle auch durch Belegung einer ebenen Kathode K mit einer den Emissionsbereich E begrenzenden Material hergestellt wer­den. Zur Belegung der Stirnfläche B der in Figur 3 dargestellten LaB6-Einkristallkathode K kommen beispielsweise die temperatur- und vakuumbeständigen Materialien Kohlenstoff, Wolfram, Rhe­nium oder Aluminiumoxid in Betracht. Diese besitzen eine we­sentlich höhere Austrittsarbeit als das Kathodenmaterial, ohne die Emissionscharakteristik zu beeinflussen. Die Belegung der Kathode K mit einer der genannten Materialien bietet außer­dem den Vorteil, daß man den Emissionsbereich E frei wählen und der auszuleuchtenden Objektstruktur anpassen kann. Zur För­derung der Elektronenemission ist es außerdem von Vorteil, den Bereich E zusätzlich noch mit einem die Austrittsarbeit herab­setzenden Material wie beispielsweise Cäsium oder Barium zu beschichten.

[0010] Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebe­nen Ausführungsbeispiele beschränkt. So ist es ohne weiteres möglich, die beschriebenen Kathoden in anderen Korpuskular­strahlgeräten zur Beleuchtung langgestreckter Objekte zu ver­wenden. Den LaB6-Kristall kann man auch durch andere Kathoden­materialien, beispielsweise Wolfram oder Gemische aus BaO und SrO ersetzen. Als linienförmige Elektronenquelle kann selbst­verständlich auch eine Feldemissionskathode mit einem flächen­haften pn-Übergang oder eine Metall-Isolator-Metall-­Kombination Verwendung finden.

Ansprüche

1. Elektronenquelle, dadurch gekennzeich­net, daß der Elektronenemitter (K, KP) quaderförmig ausge­bildet und derart gehaltert ist, daß Elektronen nur an den Seitenflächen (EF) ins Vakuum austreten.

2. Elektronenquelle nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß der Elektronenemitter (K, KP) zwischen zwei Heizelementen (G, G′) angeordnet ist, wobei die Heizelemente (G, G′) und eine Seitenfläche (EF) des Elektro­nenemitters (K, KP) eine ebene Äquipotentialfläche bilden.

3. Elektronenquelle nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­zeichnet durch ein Lanthan-Hexaborid-Kristal­plättchen (KP) als Elektronenemitter (K).

4. Elektronenquelle nach Anspruch 3, dadurch ge­kennzeichnet, daß das Kristallplättchen (KP) eine Dicke d 0,5 bis 20 µm aufweist.

5. Elektronenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Längen­zu Breiten-Verhältnis einer Seitenfläche (EF) größer als 1000 : 1 gewählt ist.

6. Elektronequelle, gekennzeichnet durch eine Kathode (K) mit einer ebenen Emissionsfläche (B) und einer Belegung mit einem eine höhere Austrittsarbeit als das Katho­denmaterial aufweisenden Material zur Begrenzung der Elek­tronenemission auf bestimmte Bereiche (E) innerhalb der ebenen Fläche (B).

7. Elektronenquelle nach Anspruch 6, gekennzeich­net durch einen linienförmigen Emissionsbereich (E) innerhalb der ebenen Fläche.

8. Elektronenquelle nach Anspruch 6 oder 7, gekenn­zeichnet durch eine Lanthan-Hexaborid-Einkri­ stallkathode (K).

9. Elektronenquelle nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da­durch gekennzeichnet, daß der bestimmte Bereich (E) mit einem die Austrittsarbeit verminderten Mate­rial beschichtet ist.

Zeichnung