CN111696842A - 带电粒子束装置 - Google Patents

Abstract

一种带电粒子束装置，其中，拍摄器(30)对由试样载台(20)保持的试样保持器(22)进行拍摄。在拍摄器(30)的前方(对象物侧)设置有发光器阵列(32)和掩模阵列(34)。由发光器阵列(32)产生多个光束。多个光束的多个中央部分被掩模阵列(34)遮掩。由此产生的多个阴影被多个光束的多个周边部分覆盖。

Description

带电粒子束装置

技术领域

本发明涉及带电粒子束装置，特别是涉及具备拍摄器(imaging device)的带电粒子束(charged particle beam)装置。

背景技术

作为带电粒子束装置，已知扫描电子显微镜、透射电子显微镜、离子束照射装置等。以下，以扫描电子显微镜为例，说明其构成。

扫描电子显微镜具备保持试样的试样保持器以及对其进行拍摄的拍摄器。通过观察拍摄到的图像能够确认试样的状态，另外，能在该图像上指定进行电子束的扫描的部位。还已知具备将拍摄到的图像与CG(computer graphics；计算机图形)图像进行合成而生成表示试样室(sample chamber)内的试样保持器的状态的参考图像的功能的扫描电子显微镜。

拍摄器由相机、透镜等构成。除了拍摄器，还设置用于将对象物照亮的光源。光源例如由配置在透镜的周围的多个发光器构成(参照特许第6335328号公报的图2)。典型的是，各发光器由LED发光元件构成。

此外，在特开2010-225980号公报的图1中公开了LED灯。在LED灯的透镜部的表面设置有作为遮光部发挥功能的涂装膜。该文献所公开的LED灯是用于交通信号灯的，而不是用于带电粒子束装置。在上述特许第6335328号公报中没有公开包括多个发光器的光源。

发明内容

发明要解决的问题

在带电粒子束装置中，在进行包含试样的对象物的拍摄的情况下，通常设置多个发光器。在各个发光器使用的是产生收窄的光束的发光器的情况下，容易在对象物的表面上产生闪闪发光的反射部分，也就是产生刺眼的高亮度部分。

具体地进行说明。保持试样的保持器通常由金属构成，在其表面会有在其切削过程中产生的许多细条纹也就是加工痕迹(也称为切削刀痕)。各光束的中央部分的照度非常高，可以想到主要是中央部分在加工痕迹处被反射而产生闪闪发光的反射部分。也可以想到由于加工痕迹以外的因素而产生高亮度部分的情况，另外，还可以想到在试样的表面产生高亮度部分的情况。不论是哪一种情况，这种高亮度部分都会妨碍对象物的观察。

本公开的目的在于，在带电粒子束装置中，在由来自多个发光器的多个光束对对象物进行照明的情况下，防止或降低对象物表面上的高亮度部分的产生。或者，本公开的目的在于，在带电粒子束装置中，通过简易的构成使由多个发光器形成的光量分布平坦化。

用于解决问题的方案

实施方式的带电粒子束装置包含：拍摄器，其对包含试样的对象物进行拍摄；多个发光器，其朝向上述对象物照射多个光束；以及光分布调整构件，其具备配置在上述对象物与上述多个发光器之间的多个光限制要素。各上述光束包含中央部分和在上述中央部分的外侧延展的周边部分。各上述光限制要素限制各上述光束的上述中央部分的强度。

根据上述构成，由各发光器产生的光束的中央部分被各光限制要素限制。即，中央部分的光量或照度被减弱或者变为零。从而，得以减轻或者防止对象物表面上的高亮度部分的产生。由于是从多个光源对对象物照射多个光束，因此，即使限制各个光束的一部分光量，也能对整个对象物进行照明。即，根据上述构成，能通过简易的构成使光量分布(或照度分布)平坦化。在上述构成中，光束中受到光限制要素的作用的部分为中央部分，没有受到光限制要素的作用的部分为周边部分。各光限制要素是物理上的存在体，也就是物体。

在实施方式中，上述多个光限制要素配置在与上述多个发光器不接触且靠近上述多个发光器的位置。在将各光限制要素直接装配到各发光器的情况下，容易产生发光器的透明盖的磨损等，但根据上述构成，不会产生这种问题。一般地，只要各发光器与各光限制要素之间的距离在0.5～5mm的范围内，就可以说两者是靠近的。当增大两者的间隔时，就需要增大各个光限制要素的尺寸，而且多个光限制要素也可能会妨碍拍摄器的视野，因此，使两者靠近比较好。

在实施方式中，上述光分布调整构件包含将上述多个光限制要素一体化的框架。根据该构成，能够提高各个光限制要素的定位精度，还能够使组装作业性良好。

在实施方式中，上述框架包含外侧圈和设置在上述外侧圈的内侧的内侧圈。上述光分布调整构件还包含将上述外侧圈与上述内侧圈之间连接的多个桥。各上述桥作为各上述光限制要素的整体或一部分发挥功能。根据该构成，由于各个桥被2个圈以双支承方式保持，因此，各个桥的位置或朝向稳定化。反言之，即使将各个圈或各个桥的厚度变薄，也容易得到充分的形态稳定性。

在实施方式中，带电粒子束装置包含搭载有上述多个发光器的基板。在上述框架设置有多个臂，上述多个臂被固定到上述基板。根据该构成，容易相对于多个发光器以适当的位置和朝向来配置光分布调整构件。

在实施方式中，在与上述拍摄器的观察中心轴正交的假想照射面上，由上述多个光限制要素产生多个阴影，上述多个光束的多个周边部分覆盖上述多个阴影。根据该构成，在照射面上由于多个光限制要素而可能产生的多个阴影得到缓和，或者，多个阴影实质上被消除。照射面可被认为是包含对象物的表面(例如试样保持器的上表面)的假想面。

在实施方式中，拍摄位置被设定为与容纳上述对象物的试样室相邻，在上述拍摄位置的上方设置有上述拍摄器、上述多个发光器以及上述光分布调整构件。根据该构成，例如能够在向试样室投入对象物前简便地拍摄朝向上方的对象物。在这种情况下，会防止或抑制对象物表面上的高亮度部分的产生，因此，能提高拍摄到的图像的质量。在实施方式中，图像是静态图像，但也可以拍摄动态图像。

附图说明

图1是示出实施方式的扫描电子显微镜的示意图。

图2是示出由拍摄单元拍摄到的图像的图。

图3是示出多个光束的重叠的特性图。

图4是示出与发光器阵列对应设置的掩模阵列的图。

图5是拍摄单元的侧视图。

图6是示出多个光束的重叠的立体图。

图7是示出掩模板的第1实施例的图。

图8是示出掩模板的第2实施例的图。

图9是示出掩模板的第3实施例的图。

图10是示出掩模板的第4实施例的图。

具体实施方式

以下，基于附图来说明实施方式。

图1公开了实施方式的带电粒子束装置。图示的带电粒子束装置为扫描电子显微镜(SEM)10，在图1中，其被示意性地示出。此外，也可以对扫描电子显微镜以外的装置应用以下说明的构成。

扫描电子显微镜10具有测定部和信息处理部。当然，测定部与信息处理部也可以分体化。测定部具有试样室13、镜筒16、拍摄单元24等。信息处理部具有图像形成部40、显示器42、控制部44等。扫描电子显微镜10例如设置在写字台或桌子上。此外，y方向是第1水平方向，与其正交的x方向是第2水平方向。z方向是与x方向和y方向正交的垂直方向(竖直方向)。

在试样室13中容纳作为观察对象的试样。具体来说，试样由试样保持器22保持。在图1中，用附图标记22a表示配置在试样室13内的试样保持器。镜筒16由电子枪、偏转扫描线圈、物镜等构成。由镜筒16形成电子束39，电子束39对试样进行照射。电子束39进行二维扫描。在图1中，省略了反射电子(backscattered electoron)检测器、二次电子(secondaryelectron)检测器等的图示。

试样室13被由金属构件构成的外壳14包围。当在y方向上移动门18时，外壳14与门18结合，试样室13成为密闭空间。在观察试样时，试样室13被减压，试样室13成为真空室。门18相对于外壳14在y方向上进行滑动运动，为此设置有未图示的滑动机构。

在门18设置有试样载台20。试样载台20具有z方向移动机构、x方向移动机构以及y方向移动机构。而且，还可以设置旋转机构、倾斜机构等作为试样载台20的一部分。试样保持器22由试样载台20保持。

试样保持器22例如由具有圆形的凹部的框体、放入于凹部的圆盘状的块体、配置在形成于块体的多个小孔中的多个板等构成。在各个板的表面上设置单独试样(即构成试样的各个要素)。不过，该构成不过是例示。

试样保持器22以朝上的姿势由试样载台20保持。在试样载台20具有倾斜机构等的情况下，至少在门18开闭时，试样保持器22是朝上的姿势。在实施方式中，在门18的滑动运动范围内设定有拍摄位置，在试样保持器22的中心位于该拍摄位置的时间点，试样保持器22的上表面被拍摄。对此，后面详细叙述。门18和试样载台20这两者整体上构成可移动体或滑动运动体。

在图示的构成例中，在外壳14的上部固定有塔26，框架28被固定到该塔26。拍摄单元24以向下的姿势被固定到该框架28。框架28也作为使由拍摄单元产生的热向外界释放的散热板发挥功能。此外，在图1中，拍摄单元24被示意性地示出。

拍摄单元24具有：拍摄器30、发光器阵列32以及掩模阵列34。拍摄器30包括相机和透镜系。发光器阵列32作为光源发挥功能，在实施方式中，其包括排列成圈状的多个发光器，具体来说是包括5个发光器。可以使其个数增多，也可以使其个数减少。在发光器阵列32的前面侧也就是下方设置有掩模阵列34。掩模阵列34包括靠近发光器阵列32并设置在其前方的多个掩模(遮光部)。各个掩模作为光限制要素发挥功能。在实施方式中，如后面说明的那样，掩模阵列34构成为掩模板的一部分。掩模板作为光分布调整构件发挥功能。

在图1中，拍摄器30的视野36是从拍摄中心轴38向x方向和y方向延展的区域。位于拍摄位置的试样保持器22的上表面包含在视野36内。在试样保持器位于拍摄位置的情况下，其中心轴与拍摄中心轴38一致。此外，附图标记18A示出了处于后退端的门。

图像形成部40是基于来自拍摄单元24的输出信号形成图像并且根据需要对该图像进行加工的模块。形成或加工后的图像被显示于显示器42。在图像形成部40中，也可以合成表示出试样室13内的试样保持器的位置和姿势的参考图像。在这种情况下，可以通过将拍摄到的图像与CG图像进行合成来生成参考图像。也可以在该参考图像上指定扫描电子束的部位。在显示器42中显示通过电子束的扫描而形成的SEM图像。在图1中省略了与之相关的构成的图示。

控制部44对构成扫描电子显微镜的各个要素的动作进行控制。拍摄单元24的动作由控制部44控制。即，发光器阵列32的点亮熄灭和相机的摄像由控制部44控制。

在实施方式中，在包括门18和试样载台20的可移动体向y方向(在图1中向右侧)进行滑动运动的过程中，在其位置与规定的拍摄位置一致的时间点，自动地执行拍摄单元24对试样保持器22的拍摄。为此，在外壳14的下部固定配置有传感器46。传感器46例如由光电断路器(photo interrupter)用传感器、微动开关、磁传感器等构成。利用传感器46，在可移动体的滑动位置与拍摄位置一致的时间点从传感器46输出检测信号。控制部44在输出了检测信号的定时使发光器阵列32进行点亮动作，并且使相机进行拍摄。也可以基于手动指示来执行拍摄。

构成发光器阵列32的各发光器在实施方式中由白色LED发光元件构成。由这种发光元件形成的光束一般很尖锐，特别是在光束的中心轴附近照度变高。试样保持器22一般由金属构成，在其表面存在切削加工时产生的切削痕迹。当光束中的照度高的中央部分照到切削痕迹时，会容易在此处产生闪闪发光的高亮度反射光。也就是说，在用相机拍摄试样保持器的情况下，容易在图像中产生1个或多个高亮度部分。它们会妨碍对象物的观察。

为了消除或减轻这一问题，设置有上述的掩模阵列34。通过掩模阵列34降低了各个光束的中央部分的照度或光量。对此，使用图3以后的各图详细叙述。

在图2中示出了由拍摄单元拍摄到的图像(静态图像)50。在图像50中包含保持器像52。在保持器像52中包含多个单独试样像56。根据需要，通过裁剪处理来除去保持器像52的外侧的区域58。例如，该处理后的图像与CG像合成。

在图3中示出了在r轴上排列的多个光束曲线(profile)60、62、64。纵轴示出了光量或照度。如后所示，多个光束在实施方式中具有圈状的排列，但在图3中，为了进行说明，示出了与一维排列的3个光束对应的3个光束曲线60、62、64。各个光束曲线60、62、64分别具有山状的形态，在光束中心处强度最大，随着从光束中心去往左右方向(周围方向)，强度连续下降。它们的底部在左右方向上延展。

在此，当关注于光束曲线60时，其整个宽度66包括中央部分68和除此以外的周边部分70。上述高亮度部分主要由中央部分68产生。因此，在实施方式中，如下所示，在多个发光器的前方设置有作为多个遮光部的多个掩模。

在图4中示出了发光器阵列32和掩模阵列34的正面。发光器阵列32包括在透镜端面72的周围排列成环状的5个发光器74。各个发光器74如上所述由白色LED发光元件构成。掩模阵列34包括与上述的5个发光器74同样地排列成环状的5个掩模76。各个掩模76例如由将光束的中央部分完全阻挡的构件(例如金属)构成。也可以设置使光减弱的半透明构件作为各个掩模76。也可以设置光减弱作用从其中心到其周围连续或阶段性地变化的构件作为各个掩模76。此外，附图标记78示意性地示出了相机的摄像区域。

在图5中示出了拍摄单元的侧面。拍摄器30包括相机80和设置在相机80的前侧的透镜系82。相机80例如是CCD相机。在透镜系82的前侧(拍摄对象物侧)设置有基板84，在基板84配置有发光器阵列32。构成发光器阵列32的多个发光器74经由多个间隔件86固定于基板84。在基板84上形成有开口84A。

在基板84的前侧设置有掩模板88。掩模板88是薄的金属板，其包含多个掩模76。掩模板88经由一对支柱89装配到基板84并且与基板84平行。从而，提高了掩模阵列34相对于发光器阵列32的定位精度。在图5中也示出了视野90与多个光束92的关系。掩模板也可以由金属以外的树脂或其它构件构成。此外，透镜端面的直径例如在2～5cm的范围内。LED发光元件的透明盖部分的直径(外径)例如在几～10mm的范围内。各掩模的直径例如为几mm。发光器阵列32与掩模阵列34之间的距离例如设定在0.5mm至5mm的范围内。优选设定在1.0mm至1.5mm的范围内。

在图6中示出了多个光束。由发光器阵列32形成5个光束92。它们相互多重交叠。特别是，它们的周边部分相互多重交叠。在向与拍摄中心轴正交的x方向和y方向上延展的假想拍摄面上，5个照射区域相互重叠。

掩模阵列34限制5个光束中包含的5个中央部分的通过，并允许5个光束中包含的5个周边部分通过。由附图标记92A示出被限制了通过的5个部分。与它们对应地，在照射面上产生5个圆形的阴影92B。5个圆形的阴影相互不交叠，具有圈状的排列。不过，各个阴影92B被其它4个光束的周边部分覆盖，事实上并不产生各个阴影92B。从而，照射面整体上的照度均匀化。其结果是，大大地抑制了与加工痕迹相互作用而由各个光束的中央部分产生的高亮度部分。根据实施方式，能够通过简易的构成实现这种良好的结果。

接下来，使用图7至图10来说明作为光分布调整构件的掩模板的第1实施例至第4实施例。

在图7中示出了第1实施例的掩模板100。掩模板100包括：圈状的框架102、被该框架102保持的5个突起108、以及设置于框架102的一对臂104。这些要素是一体化的，掩模板100由单个的构件形成。

掩模板例如由铝或不锈钢等金属构成。其也可以由其它不透明的材料构成。可以是对掩模板100的表面实施黑色处理，也可以是掩模板100由黑色材料构成。

各突起108向框架102的中心方向即向内侧突出。各突起108包括圆形部分110和联络带124，其中，圆形部分110作为掩模即遮光部发挥功能，联络带124将圆形部分110与框架连接。在各个臂104形成有在将臂104固定到支柱时使用的螺纹孔。在采用第1实施例的掩模板100的情况下，一般地，为了提高掩模板100整体的刚性，需要在一定程度上增大框架102的横向宽度或厚度。

在图8中示出了第2实施例的掩模板114。掩模板114包括：大致圆形的框架116、设置在其内侧的5个小圆形部分126、以及设置在框架116的外侧的一对臂142A、142B。框架116包括外侧圈120和设置在外侧圈120的内侧的内侧圈122。在它们之间设置有多个联络带124，通过多个联络带124，外侧圈120与内侧圈122相互被一体化。在多个联络带124的彼此之间产生有狭缝。多个小圆形部分126作为多个掩模发挥功能。外侧圈120和内侧圈122的一部分事实上也起到掩模的作用，但只要多个光束整体上具有充分的照明作用，这种事实上的掩模作用就不会成为问题。

根据第2实施例，与第1实施例相比，既能确保框架116的刚性，又能削减掩模板114的材料量。由于各个小圆形部分126是以比较宽的范围与内侧圈122一体化的，因此，容易维持各个小圆形部分126的朝向或位置。不过，由于各个小圆形部分126采用的是单支承方式，因此，在将掩模板114的厚度变薄的情况下，各个小圆形部分126的朝向会容易改变。

此外，在臂142A形成有圆形的开口144，在臂142B形成有作为长孔的开口146。开口146的伸长方向是臂142A、142B的排列方向。根据该构成，通过事先以螺丝紧固方式将开口144侧临时固定，并移动相反侧的臂142B，从而容易调整掩模板114的水平方向的位置。经调整后，开口144侧以螺丝紧固方式被固定，并且开口146侧也以螺丝紧固方式被固定。也可以构成为，能够在x方向和y方向这两个方向上调整掩模板的位置，并且能够绕与z方向平行的板中心轴来调整掩模板114的旋转角度。

在图9中示出了第3实施例的掩模板128。与第1实施例和第2实施例同样地，掩模板128构成为具有一样的厚度的单个金属板。具体来说，掩模板具有框架130。框架130具有外侧圈132和内侧圈134。在外侧圈132与内侧圈134之间设置有多个桥136。外侧圈132与内侧圈134经由多个桥136而被一体化。

各桥136作为联络部或连结部发挥功能，其形状为矩形。包含各桥136的各局部区域138作为掩模发挥功能。各个局部区域138包括桥136以及与之相连的部分138a、138b。在此，部分138a是外侧圈120的一部分，部分138b是内侧圈122的一部分。各局部区域138是对产生高亮度部分的中央部分的光量进行限制的区域。

在图示的构成例中，各桥136的横向宽度(框架伸长方向的宽度、与圈排列方向正交的方向的宽度)a与框架130的横向宽度(与框架伸长方向正交的方向的宽度、圈排列方向的宽度)b实质来看是相等的，它们与中央部分的尺寸一致。即，框架130的横向宽度非常小，框架130的材料量被削减。此外，将a与b中的任意一个作为基准来看，只要a与b的差例如在10％以内，就可以说a与b是同等的。

框架130中的局部部分以外的部分事实上也作为掩模发挥功能，但如上所述，并不会因此而产生问题。也可以仅由各个桥136对各中央部分进行遮光。在多个桥136的彼此之间形成有多个狭缝140，框架130的材料量得到了削减。另外，照度由于通过多个狭缝140的光而得到了提高。

外侧圈132和内侧圈134具有避开实质性的视野(摄像区域)并包围其外侧的矩形的形态。在外侧圈132设置有一对臂142A、142B。在一对臂142A、142B上形成有图8中所说明的开口144、146(不过在附图中，两者的位置互换了)。

根据第3实施例，既能确保掩模板128的刚性，又能大幅削减其材料量。在这种情况下也是，由于作为各个掩模的主要部位的各个桥136被2个圈(ring)132、134以双支承方式保持，因此，能维持各个桥136的朝向和位置。虽然各光束会被除了原本的掩模以外的部分遮挡，但这对光分布的破坏是可以忽略不计的程度。根据第3实施例，在能够削减材料量的同时，既能防止高亮度部分的产生，又能得到均匀的光分布。

在图10中示出了第4实施例的掩模板150。掩模板150包含主体152，该主体152由透明构件构成。例如，主体152由具有透明性的树脂构成。主体152具有2个臂154。在主体152中的圈状的部分设置有多个遮光贴片156。各遮光贴片156由黑色的密封物、涂膜等构成。多个遮光贴片156作为多个遮光部即多个掩模发挥功能。根据该构成，既能局部地阻挡各个光束的中央部分，又能完全允许各个光束的周边部分通过。

在上述实施方式中，各个掩模构成为非透射部，但例如也可以是由具有30％的透射度的构件构成各个掩模。另外，还可以是以使限制特性与照度曲线对应地变化的方式构成各个掩模。

Claims (7)

1.一种带电粒子束装置，其特征在于，

包含：

拍摄器，其对包含试样的对象物进行拍摄；

多个发光器，其朝向上述对象物照射多个光束；以及

光分布调整构件，其具备配置在上述对象物与上述多个发光器之间的多个光限制要素，

各上述光束包含中央部分和在上述中央部分的外侧延展的周边部分，

各上述光限制要素限制各上述光束的上述中央部分的强度。

2.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，

上述多个光限制要素配置在与上述多个发光器不接触且靠近上述多个发光器的位置。

3.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，

上述光分布调整构件包含将上述多个光限制要素一体化的框架。

4.根据权利要求3所述的带电粒子束装置，其特征在于，

上述框架包含外侧圈和设置在上述外侧圈的内侧的内侧圈，

上述光分布调整构件还包含将上述外侧圈与上述内侧圈之间连接的多个桥，

各上述桥作为各上述光限制要素的整体或一部分发挥功能。

5.根据权利要求3所述的带电粒子束装置，其特征在于，

包含搭载有上述多个发光器的基板，

在上述框架设置有多个臂，

上述多个臂被固定到上述基板。

6.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，

在与上述拍摄器的观察中心轴正交的假想照射面上，由上述多个光限制要素产生多个阴影，上述多个光束的多个周边部分覆盖上述多个阴影。

7.根据权利要求1所述的带电粒子束装置，其特征在于，

拍摄位置被设定为与容纳上述对象物的试样室相邻，

在上述拍摄位置的上方设置有上述拍摄器、上述多个发光器以及上述光分布调整构件。

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