CN117096003A - 电子枪及半导体检测设备 - Google Patents

Abstract

本申请属于半导体制造技术领域，尤其是涉及一种电子枪及半导体检测设备。该电子枪包括腔体、电子束发射源模组、密封调节模组以及阳极光阑；密封调节模组连接于腔体以密封腔体，阳极光阑设有光阑孔并安装于腔体内；电子束发射源模组连接于密封调节模组并包括发射源，发射源设置于腔体内并位于阳极光阑的上方；密封调节模组设置为能够调节发射源的位置，以使发射源与光阑孔对中。该密封调节模组能够作用于电子束发射源模组，以调节发射源的位置，进而让发射源与光阑孔对中，使得电子束主轴能够顺利地通过光阑孔，以使得具备该电子枪的扫描电镜能够获取清晰均匀的图像，在用于晶圆检测的情况下能够精确获取晶圆缺陷位置。

Description

电子枪及半导体检测设备

技术领域

本申请属于半导体制造技术领域，尤其是涉及一种电子枪及半导体检测设备。

背景技术

随着集成电路技术的快速发展，其对整个产业链中的设备技术和工艺方法提出了更高的要求。扫描电镜作为其产业链中的重要一环，用于观察各种固态物质的表面超微结构的形态和组成，具有景深大、分辨率高，成像直观、立体感强、放大倍数范围宽以及待测样品可在三维空间内进行旋转和倾斜等特点。其中，对扫描电镜中电子枪的组成构件的对中度要求也越来越严格，例如电子束发射源与阳极光阑等。如果这些核心部件对中出现问题，会严重影响电子束的传播路径，难以满足电镜检测晶圆的功能。

发明内容

本申请提供了一种电子枪及半导体检测设备，能够实现电子枪部分光轴区的零部件对中调节。

根据本申请的一个方面，提供了一种电子枪，包括腔体、电子束发射源模组、密封调节模组以及阳极光阑；密封调节模组连接于腔体以密封腔体，阳极光阑设有光阑孔并安装于腔体内；电子束发射源模组连接于密封调节模组并包括发射源，发射源设置于腔体内并位于阳极光阑的上方；密封调节模组设置为能够调节发射源的位置，以使发射源与光阑孔对中。

在本申请可选的方案中，密封调节模组包括密封组件及第一调节结构；密封组件包括密封件以及活动套筒，密封件连接于腔体，活动套筒穿过密封件；电子束发射源模组穿过活动套筒并与活动套筒相连，且让发射源位于腔体内；第一调节结构连接于密封组件，第一调节结构设置为用于调节活动套筒的轴向位置以带动发射源改变位置。

在本申请可选的方案中，密封调节模组还包括第二调节结构，第二调节结构连接于密封组件；第二调节结构设置为用于调节活动套筒的径向位置以带动发射源改变位置。

在本申请可选的方案中，第一调节结构包括多个第一紧固连接件，多个第一紧固连接件均连接于活动套筒远离发射源的轴向一端并抵接于密封件。

在本申请可选的方案中，第二调节结构包括多个第二紧固连接件，多个第二紧固连接件均连接于密封件并抵接于活动套筒的周向侧壁。

在本申请可选的方案中，活动套筒远离发射源的轴向一侧的周壁段为斜周壁段，第二紧固连接件设置为朝向斜周壁段倾斜并抵接于斜周壁段，以对活动套筒施加朝向密封件的压力。

在本申请可选的方案中，电子束发射源模组还包括真空电极以及阴极；真空电极穿过活动套筒并与活动套筒相连，真空电极并设置为用于连接电源；阴极连接于真空电极并位于腔体内，发射源连接于阴极。

在本申请可选的方案中，密封调节模组还包括形变套管，形变套管连接于密封件并套设在真空电极外，形变套管位于腔体内，以对真空电极进行密封。

在本申请可选的方案中，还包括电磁透镜，电磁透镜设置于腔体内并位于阳极光阑的下方。

根据本申请的另一个方面，提供了一种半导体检测设备，该半导体检测设备包括上述的电子枪。

综上所述，本申请提供的电子枪及半导体检测设备至少具有以下有益效果：

在该电子枪中，腔体内形成有内腔可形成真空环境，从而保护位于腔体的零部件，避免零部件被污染。另外，电子束发射源模组基于密封调节模组进行安装固定并且部分能够伸入于腔体内。发射源在通电状态下能够发射电子束。阳极光阑通过光阑孔以限定聚焦电子束的发散角并用于遮挡那些非旁轴的杂散电子，同时又兼有调控束斑大小的功能，以满足电子束的旁轴近似和相干性及改变束斑直径的需求。

特别地，该密封调节模组能够作用于电子束发射源模组，以调节发射源的位置，进而让发射源与光阑孔对中，使得电子束主轴能够顺利地通过光阑孔，以使得具备该电子枪的扫描电镜能够获取清晰均匀的图像，在用于晶圆检测的情况下能够精确获取晶圆缺陷位置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本申请其中一个实施例提供的电子枪的示意图；

图2为根据本申请其中一个实施例提供的电子枪的简图；

图3出示了图1中的电子枪的爆炸图；

图4出示了图1中的电子枪的局部剖视图。

附图标记如下：

10、腔体；11、第一接口；12、第二接口；13、第三接口；

20、电子束发射源模组；21、发射源；22、真空电极；23、阴极；

30、密封调节模组；31、密封组件；311、密封件；312、活动套筒；32、第一调节结构；321、第一紧固连接件；33、第二调节结构；331、第二紧固连接件；34、形变套管；301、顶丝；302、螺母；

40、阳极光阑；H、光阑孔；

50、电磁透镜；60、栅极。

具体实施方式

在本申请的描述中，需要理解的是，如出现术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示方位或位置关系的描述，若无特殊的说明，则理解为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

另外，如出现限定有“第一”、“第二”仅用于描述目的的特征，不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该被限定的特征。如出现“多个”的描述，一般含义是至少包括两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，如出现“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语，应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，如出现术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等，意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

图1为根据本申请其中一个实施例提供的电子枪的示意图，图2为根据本申请其中一个实施例提供的电子枪的简图。请参阅图1及图2，该电子枪包括腔体10、电子束发射源模组20、密封调节模组30以及阳极光阑40。

密封调节模组30连接于腔体10以密封腔体10，阳极光阑40设有光阑孔H并安装于腔体10内。电子束发射源模组20连接于密封调节模组30并包括发射源21，发射源21设置于腔体10内并位于阳极光阑40的上方。密封调节模组30设置为能够调节发射源21的位置，以使发射源21与光阑孔H对中。

在本实施例中，腔体10内形成有内腔，对腔体10进行密封后可在腔体10内形成密封腔室，对密封腔室进行抽真空即可形成真空环境，从而保护位于腔体10的零部件，避免零部件被污染。

电子束发射源模组20能够接入电源，以使位于腔体10内的发射源21产生电子束。密封调节模组30用于密封腔体10，以确保腔体10的密封性。另外，电子束发射源模组20基于密封调节模组30进行安装固定并且部分能够伸入于腔体10内。

阳极光阑40通过光阑孔H以限定聚焦电子束的发散角并用于遮挡那些非旁轴的杂散电子，同时又兼有调控束斑大小的功能，以满足电子束的旁轴近似和相干性及改变束斑直径的需求。

特别地，该密封调节模组30能够作用于电子束发射源模组20，以调节发射源21的位置，进而让发射源21与光阑孔H对中，使得电子束主轴能够顺利地通过光阑孔，以使得具备该电子枪的扫描电镜能够获取清晰均匀的图像，在用于晶圆检测的情况下能够精确获取晶圆缺陷位置。

在具体应用中，发射源21为能够发射出电子束的灯丝，包括例如钨丝、铼丝等。在图示实施例中，腔体10的主体部分呈圆柱状其轴向两端分别形成有第一接口11及第二接口12，其中第一接口11与密封调节模组30相连，第二接口用于连接气路，以对腔体10进行抽真空。主体部分的周侧壁朝外伸出有一管路以形成第三接口13，在具体应用中，第三接口用于安装移动光阑。

图3出示了图1中的电子枪的爆炸图，图4出示了图1中的电子枪的局部剖视图。请参阅图3及图4，在一些可选的实施例中，密封调节模组30包括密封组件31及第一调节结构32。密封组件31包括密封件311以及活动套筒312，密封件311连接于腔体10，活动套筒312穿过密封件311。

在本实施例中，密封件311固定安装在腔体10上，活动套筒312能够相对密封件311移动。在图示实施例中，密封件311为圆形法兰结构，其安装在第一接口11上并且设有过孔，活动套筒312的至少部分能够穿过密封件311的过孔。在具体应用中，活动套筒312与密封件311间隙配合，以确保活动套筒312能够在其轴向以及径向上活动。

进一步地，电子束发射源模组20穿过活动套筒312并与活动套筒312相连，且让发射源21位于腔体10内。在本实施例中，活动套筒312也设有过孔，以允许电子束发射源模组20的至少部分穿过。

进一步地，第一调节结构32连接于密封组件31，第一调节结构32设置为用于调节活动套筒312的轴向位置以带动发射源21改变位置。由前述可知，电子束发射源模组20与活动套筒312相连，因而改变活动套筒312的位置即可相应调节电子束发射源模组20的位置，进而改变发射源21的位置。

在本实施例中，第一调节结构32能够调节活动套筒312在其轴向位置，因而也能相应带动发射源21以改变在活动套筒312轴向上的位置。

在进一步可选的实施例中，第一调节结构32包括多个第一紧固连接件321，多个第一紧固连接件321均连接于活动套筒312远离发射源21的轴向一端并抵接于密封件311。

请结合图3及图4，调节各第一紧固连接件321相对活动套筒312的轴向伸出长度，即可改变活动套筒312的轴向位置，从而带动电子束发射源模组20的轴向位置，进而改变发射源21的轴向位置。

为了便于理解本方案，结合图示实施例详细说明，在图示实施例中，第一紧固连接件321包括顶丝301，沿轴向朝下旋入顶丝301，由于顶丝301的一端抵接于密封件311上，因而使得顶丝301无法继续朝下移动，此时活动套筒312沿轴向朝上移动。相似地，沿轴向朝上旋松顶丝301，由于顶丝301的一端还是抵接在密封件311上，因而使得活动套筒312沿轴向朝下移动。应理解地，如果顶丝301与密封件311脱离抵接后，顶丝301无法继续调节活动套筒312的轴向位置。

在进一步可选的实施例中，多个第一紧固连接件321沿活动套筒312的周向均匀间隔设置。

应理解地，由于各第一紧固连接件321相对于活动套筒312的轴向伸出距离可能不同，因而导致发射源21在腔体10内的呈倾斜状态。将各第一紧固连接件321在活动套筒312的周向上均匀间隔设置，即各第一紧固连接件321关于活动套筒312的轴心线中心对称设置，更便于调节发射源21的水平。

在一些可选的实施例中，密封调节模组30还包括第二调节结构33，第二调节结构33连接于密封组件31。第二调节结构33设置为以用于调节活动套筒312的径向位置以带动发射源21改变位置。

由前述可知，活动套筒312与电子束发射源模组20相连，改变活动套筒312的位置即可改变电子束发射源模组20的位置，即发射源21的位置。在本实施例中，第二调节结构33能够改变活动套筒312的径向位置，进而带动发射源21改变在活动套筒312径向上的位置。

在进一步可选的实施例中，第二调节结构33包括多个第二紧固连接件331，多个第二紧固连接件331均连接于密封件311并抵接于活动套筒312的周向侧壁。

在本实施例中，通过第二紧固连接件331沿径向抵接于活动套筒312，调节各第二紧固连接件331相对于密封件311在径向上的伸出长度，即可改变活动套筒312的径向位置，从而带动电子束发射源模组20的位置，进而改变发射源21在活动套筒312的径向上的位置。

在进一步可选的实施例中，多个第二紧固连接件331沿活动套筒312的周向均匀间隔设置。即各第二紧固连接件331关于活动套筒312的轴心线中心对称设置，如此更便于进行径向调节。

在具体应用中，第二紧固连接件331包括顶丝301，将任一顶丝301沿径向旋入以作用于活动套筒312，以改变活动套筒312的径向位置。在图示实施例中，第二紧固连接件331的数量为4个，将任一顶丝301沿径向旋入后，将与该顶丝301相对的另一顶丝301旋出，以实现径向位置调节。配合第一紧固连接件321，如此即可实现改变发射源21的前、后、左、右、上、下六个方向的位置。

另外，在图示实施例中，第一紧固连接件321的数量也为4个，当然并不局限于此，优选地，第一紧固连接件321及第二紧固连接件331的数量不少于3个。

在图示实施例中，第一紧固连接件321及第二紧固连接件331均还包括螺母302，当将发射源21与光阑孔H对中后，通过螺母302固定顶丝301的位置，避免因顶丝301松动而导致对中偏差。

在进一步可选的实施例中，活动套筒312远离发射源21的轴向一侧的周壁为斜周壁段，第二紧固连接件331设置为朝向斜周壁段倾斜并抵接于斜周壁段，以对活动套筒312施加朝向密封件311的压力。

在本实施例中，第二紧固连接件331抵接于斜周壁段所产生的压力能够分解为沿活动套筒312的径向分力以及沿活动套筒312的轴向分力，轴向分力朝向密封件311，避免因活动套筒312相对于密封件311翘起而影响轴向位置的调节。另外，将第二紧固连接件331朝向活动套筒312的斜周壁段倾斜设置，避免导致用于下压活动套筒312的轴向分力过小，以确保密封性。

在进一步可选的实施例中，相邻两个第一紧固连接件321之间设有一个第二紧固连接件331。如此设置，使得活动套筒312受力更均匀，更利于通过活动套筒312进行对中调节。

由上述可知，在图示实施例中，第一紧固连接件321及第二紧固连接件331均为顶丝301与螺母302的组合，并且顶丝301的一端均为圆头，以与活动套筒312的斜周壁段配合产生下压力。当然第一紧固连接件321及第二紧固连接件331并不局限于图示实施例，例如还可为螺钉、微分头等。

在具体应用中，在电子枪测试平台上观察电子束光斑的形状及亮度来评估发射源21与光阑孔H的对中情况，根据光斑发现发射源21倾斜时，可调节第一紧固连接件321以使的发射源21保持水平，然后再通过第二紧固连接件331来调节水平位置。

在一些可选的实施例中，电子束发射源模组20还包括真空电极22以及阴极23。真空电极22穿过活动套筒312并与活动套筒312相连，真空电极22设置为用于连接电源。阴极23连接于真空电极22并位于腔体10内，发射源21连接阴极23。

在本实施例中，真空电极22用于接入外部电源，并经由阴极23将电能传递给发射源21。发射源21获取电能后即可产生电子束。

应理解地，电子束发射源模组20中与活动套筒312相连的构件为真空电极22，通过活动套筒312改变真空电极22的位置时，也会同时改变阴极23及发射源21的位置。在具体应用中，阴极23可为接线端子。

在进一步可选的实施例中，该电子枪还包括栅极60，栅极60设置在发射源21及阳极光阑40之间。需要说明的是，栅极60可经由真空电极22引入相应的电源，以将发射源21产生的电子束引向栅极60并朝阳极光阑40运动。

在一些可选的实施例中，密封调节模组30还包括形变套管34，形变套管34连接于密封件311并套设在真空电极22外，形变套管34位于腔体10内，以对真空电极22进行密封。

由前述可知，密封件311上设有过孔以允许活动套筒312穿过，活动套筒312设有过孔穿过以允许电子束发射源模组20穿过。在本实施例中形变套管34的一端连接于密封件311以罩盖密封件311上的过孔以及活动套筒312上的过孔，并外套真空电极22以与真空电极22配合密封。

在本实施例中，形变套管34在受力情况下能够发生形变，形变套管34的轴向一端呈开口设置以固定在密封件311上，另一端为闭口设置，并罩盖活动套筒312及电子束发射源模组20的部分，相应地在腔体10的内实现罩盖密封组件31中的各过孔，以确保腔体10的密封性。

在具体应用中，形变套管34外套罩盖了电子束发射源模组20中的真空电极22，发射源21及阴极23位于形变套管34的下方。在通过第一调节结构32及第二调节结构33调节发射源21位置的过程中，真空电极22能够作用于形变套管34，使得形变套管34上下伸缩以及前后左右摆动。

在图示实施例中，形变套管34采用波纹管，波纹管能够上下伸缩并且能够摆动，能够匹配发射源21方位调节需求。当然，形变套管34并不局限于图示实施例，例如还可为弹性橡胶管等。

在一些可选的实施例中，该电子枪还包括电磁透镜50，电磁透镜50设置于腔体10内并位于阳极光阑40的下方。

具体地，发射源21发射出来的电子束，经过加速后经过阳极光阑40及电磁透镜50后进行汇聚，然后再经过下一级光学系统，将电子束进一步汇聚成更细的电子束探针聚焦在样品的表面。

综上所述，本申请通过一种机械可调机构解决电子枪的对中问题，保证发射源21的位置可调，避免电子束遮挡，找到发射源21的最佳位置，从而可调整扫描电镜至最佳工作状态，提高分辨率，获取更加清晰均匀的图像，提高机台关键指标，从而适用更高制程的产线。

本申请的另一方面还提供了一种半导体检测设备，该半导体检测设备包括上述的电子枪，因而显然具备有上述电子枪所带来的所有有益效果，在此不做一一重复说明。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电子枪，其特征在于，包括腔体、电子束发射源模组、密封调节模组以及阳极光阑；

所述密封调节模组连接于所述腔体以密封所述腔体，所述阳极光阑设有光阑孔并安装于所述腔体内；

所述电子束发射源模组连接于所述密封调节模组并包括发射源，所述发射源设置于所述腔体内并位于所述阳极光阑的上方；

所述密封调节模组设置为能够调节所述发射源的位置，以使所述发射源与所述光阑孔对中。

2.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于，所述密封调节模组包括密封组件及第一调节结构；

所述密封组件包括密封件以及活动套筒，所述密封件连接于所述腔体，所述活动套筒穿过所述密封件；

所述电子束发射源模组穿过所述活动套筒并与所述活动套筒相连，且让所述发射源位于所述腔体内；

所述第一调节结构连接于所述密封组件，所述第一调节结构设置为用于调节所述活动套筒的轴向位置以带动所述发射源改变位置。

3.根据权利要求2所述的电子枪，其特征在于，所述密封调节模组还包括第二调节结构，所述第二调节结构连接于所述密封组件；

所述第二调节结构设置为用于调节所述活动套筒的径向位置以带动所述发射源改变位置。

4.根据权利要求2所述的电子枪，其特征在于，所述第一调节结构包括多个第一紧固连接件，多个所述第一紧固连接件均连接于所述活动套筒远离所述发射源的轴向一端并抵接于所述密封件。

5.根据权利要求3所述的电子枪，其特征在于，所述第二调节结构包括多个第二紧固连接件，多个所述第二紧固连接件均连接于所述密封件并抵接于所述活动套筒的周向侧壁。

6.根据权利要求5所述的电子枪，其特征在于，所述活动套筒远离所述发射源的轴向一侧的周壁段为斜周壁段，所述第二紧固连接件设置为朝向所述斜周壁段倾斜并抵接于所述斜周壁段，以对所述活动套筒施加朝向所述密封件的压力。

7.根据权利要求2所述的电子枪，其特征在于，所述电子束发射源模组还包括真空电极以及阴极；

所述真空电极穿过所述活动套筒并与所述活动套筒相连，所述真空电极并设置为用于连接电源；

所述阴极连接于所述真空电极并位于所述腔体内，所述发射源连接于所述阴极。

8.根据权利要求7所述的电子枪，其特征在于，所述密封调节模组还包括形变套管，所述形变套管连接于所述密封件并套设在所述真空电极外，所述形变套管位于所述腔体内，以对所述真空电极进行密封。

9.根据权利要求1所述的电子枪，其特征在于，还包括电磁透镜，所述电磁透镜设置于所述腔体内并位于所述阳极光阑的下方。

10.一种半导体检测设备，其特征在于，所述半导体检测设备包括根据权利要求1至9中任一项所述的电子枪。