TW202131367A - 用於操作帶電粒子槍的方法、帶電粒子槍，及帶電粒子束裝置 - Google Patents

用於操作帶電粒子槍的方法、帶電粒子槍，及帶電粒子束裝置 Download PDF

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Abstract

描述一種操作一帶電粒子槍的方法。該方法包括：在該帶電粒子槍內設置處於一第一發射體電位的一發射體且在該帶電粒子槍內設置處於一第一電極電位的一捕獲電極，其中該第一發射體電位及該第一電極電位被設置以在該發射體處且在該捕獲電極處具有基本為零的一電場；將該捕獲電極自該第一電極電位切換至不同於該第一電極電位的一第二電極電位以在該捕獲電極處產生一靜電捕獲場；以及在將該捕獲電極自該第一電極電位切換至該第二電極電位之後，開啟該發射體處的一靜電發射場。

Description

用於操作帶電粒子槍的方法、帶電粒子槍，及帶電粒子束裝置
本揭露的實施例係關於用於帶電粒子束裝置的粒子陷阱，特定而言，係關於用於超高真空(ultra-high vacuum,UHV)槍腔室的粒子陷阱。此外，實施例係關於帶電粒子槍或槍腔室及帶電粒子束裝置。實施例亦關於帶電粒子束裝置的清潔，例如，帶電粒子束裝置的帶電粒子槍或槍腔室的清潔。實施例特定而言係關於操作帶電粒子槍的方法、帶電粒子槍及帶電粒子束裝置。
帶電粒子束裝置在複數個工業領域中有很多功能，包括但不限於電子束檢驗(electron beam inspection,EBI)、製造期間對半導體裝置的關鍵尺寸(critical dimension,CD)量測、製造期間對半導體裝置的缺陷審查(defect review,DR)、用於微影術的曝光系統、偵測裝置及測試系統。因此，對在微米及奈米尺度內對樣品進行結構化、測試及檢驗有很高的需求。微米及奈米尺度製程控制、檢驗或結構化可利用在帶電粒子束裝置(諸如電子顯微鏡)中產生且聚焦的帶電粒子束(例如電子束)進行。由於短波長，帶電粒子束與例如光子束相比提供優異的空間解析度。
為了操作技術領域中(即，根據工業標準)的帶電粒子束裝置，需考慮系統的加速及系統的維護。特定而言，系統的總通過量受停機時間影響。因此，快速且可靠地開始系統操作係有益的。對於第一次開機或在維護之後，即使在仔細清潔之後，粉塵粒子仍可能殘留在帶電粒子束裝置(例如槍腔室)中。特別是在槍腔室中，粒子可能導致電弧及發射體損壞。
目前，提供耗時的清潔且可能提供若干嘗試來對發射體加偏壓。在電弧之後，可再次打開槍腔室且可對其進行重新檢驗以發現並移除殘留的粒子。
鑒於上述情況，操作帶電粒子束裝置的帶電粒子槍或槍腔室的改良方法及改良的帶電粒子槍及改良的帶電粒子束裝置係有益的。
鑒於上述情況，提供了根據獨立請求項的操作帶電粒子槍的方法、帶電粒子槍及帶電粒子束裝置。另外的態樣、優點及特徵自附屬請求項、描述及隨附圖式顯而易見。
根據一個實施例，提供一種操作帶電粒子槍的方法。方法包括：在帶電粒子槍內設置處於第一發射體電位的發射體且在帶電粒子槍內設置處於第一電極電位的捕獲電極，其中第一發射體電位及第一電極電位被設置以在發射體處且在捕獲電極處具有基本為零的電場；將捕獲電極自第一電極電位切換至不同於第一電極電位的第二電極電位以在捕獲電極處產生靜電捕獲場；以及在將捕獲電極自第一電極電位切換至第二電極電位之後，開啟發射體處的靜電發射場。
根據一個實施例，提供一種用於帶電粒子束裝置的帶電粒子槍。帶電粒子槍包括：槍外殼；設置在槍外殼中的發射體，發射體經組態以沿著軸線發射帶電粒子束；連接至發射體的發射體電源；設置在槍外殼中的捕獲電極，捕獲電極至少部分地圍繞軸線；連接至捕獲電極的捕獲電源；以及屏蔽元件，其在槍外殼的操作期間將捕獲電極的靜電場與軸線屏蔽。
根據一個實施例，提供一種帶電粒子束裝置。帶電粒子束裝置包括：根據本文所描述的實施例中之任一者的帶電粒子槍；以及用於在樣品上引導帶電粒子的帶電粒子束柱。
實施例亦針對用於執行所揭露方法的設備且包括用於進行每一所描述方法態樣的設備部分。此等方法態樣可藉由硬體組件、由適當軟體程式化的電腦、兩者的任何組合來進行或以任何其他方式進行。此外，根據本揭露的實施例亦針對用於操作所描述設備的方法。方法包括用於執行設備的每一功能的方法態樣。
現將詳細參考本揭露的各種實施例，圖中例示了該等實施例之一或多個實例。在以下對圖式的描述中，相同的參考數字指代相同的組件。僅描述關於個別實施例的差異。每一實例係以解釋本揭露的方式提供而不意圖限制本揭露。例如，例示或描述為一個實施例之部分的特徵可在其他實施例上使用或結合其他實施例使用以產生又一實施例。描述意欲包括此類修改形式及變化形式。
在不限制本申請案之保護範疇的情況下，在下文中，帶電粒子束裝置或其組件將被例示性地稱為使用電子作為帶電粒子的帶電粒子束裝置。然而，可使用其他類型的初級帶電粒子，例如離子。在藉由帶電粒子束(亦稱為「初級帶電粒子束」)照射樣品或樣本後，產生諸如次級電子(secondary electrons,SE)的信號帶電粒子，其可攜載關於樣本之構形、化學成分及/或靜電位及其他的資訊。次級電子可包括反向散射電子、次級電子及歐傑電子中之至少一者。
在高真空下操作帶電粒子束裝置。特定而言，可在超高真空(ultrahigh vacuum,UHV)壓力下操作包括發射體的帶電粒子槍。為了操作發射體，在槍外殼處於超高真空壓力的同時施加高電壓。在將槍外殼抽真空之前及期間，應用各種清潔程序。在對槍外殼(即，帶電粒子槍的UHV腔室)進行初始抽空之後，諸如粉塵粒子的粒子可殘留在帶電粒子槍的腔室或外殼中。
發射體的尖端釋放帶電粒子，例如電子。根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，由發射體發射的帶電粒子可為電子或離子。在下文中，將參考是電子的帶電粒子。例如，帶電粒子束裝置可為具有單個射束或具有多個子束的掃描電子顯微鏡。然而，可針對是離子的帶電粒子提供類似的實施例。請注意，描述用於電子束裝置的電位的實施例在離子束裝置的情況下將利用不同極性的電位。
可殘留在帶電粒子槍的槍外殼中的粒子可黏附至發射體的尖端，特別是當發射體電壓開啟時。發射體的尖端的此小曲率半徑導致發射體處的高場強，其可能進一步增大粒子黏附至發射體的可能性。例如，諸如粉塵粒子的粒子可靜電吸附至負偏壓的發射體。此外，發射體尖端處的粒子可導致電弧，甚至導致發射體損壞。發射體處的電弧可由黏附至發射體的粒子(諸如粉塵粒子)的更進一步增大的場強觸發。因此，一旦在帶電粒子槍加速(即，向發射體施加尤其是操作電位)期間偵測到電弧，就停止系統的加速且可應用另外的清潔措施。例如在安裝新系統期間或在維護現有系統之後，嘗試加速帶電粒子槍的循環及額外的清潔可為耗時的。
本揭露的實施例在真空腔室中、特別是在UHV腔室(諸如帶電粒子槍的槍外殼，其裝有發射體)中設置用於粒子(諸如粉塵粒子)的粒子陷阱。粒子陷阱可減少或避免UHV帶電粒子槍(例如電子槍，特別是UHV電子槍)中的電弧。
根據本揭露的一些實施例，在槍外殼中設置電極且在開啟位於槍外殼中的發射體之前向電極施加電壓。因此，殘留在槍外殼中的粒子，例如分散在帶電粒子槍的UHV腔室(即，槍外殼)中的粉塵粒子，被靜電吸附至電極。粒子保持吸附在電極處。僅在此之後，施加用於帶電粒子槍的操作電壓，特別是用於發射體的操作電壓。
鑒於上述情況，本揭露的實施例允許帶電粒子槍更快的加速。另外或替代地，減小帶電粒子槍加速期間的電弧及發射體損壞風險。
第1A圖展示帶電粒子束裝置100的一部分。帶電粒子束裝置100包括帶電粒子槍102。帶電粒子束裝置進一步包括帶電粒子源120。帶電粒子源120包括發射體122及發射體電源124。可利用導體121藉由電源提供用於對發射體122加偏壓的電壓。例如，可利用由絕緣體126支撐的導體128將高電壓提供至帶電粒子槍102的真空腔室110中。帶電粒子槍102包括由槍外殼111提供的真空腔室110。發射體122設置在槍外殼111內，即，真空腔室110內。為了控制由帶電粒子源產生的電子束，可藉由發射體電源124控制發射體122的發射體電壓。可藉由抑制器電極125、引出器132及陽極152進一步控制電子束。
可藉由引出器電源134控制引出器132的引出器電位。可藉由陽極電源154控制陽極152的陽極電位。例如，陽極152可設置在真空腔室110與帶電粒子束裝置100的柱的另一真空腔室112之間。根據一些實施例，陽極可至少部分地設置在槍外殼111內。
根據本揭露的實施例，捕獲電極142設置在槍外殼111中。捕獲電源144連接至捕獲電極以用於對捕獲電極加偏壓。自發射體122發射的電子束基本上沿著軸線123行進。根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，捕獲電極至少部分地圍繞軸線123。
根據一個實施例，提供用於帶電粒子束裝置的帶電粒子槍。帶電粒子槍102包括槍外殼及設置在槍外殼中的發射體。發射體可經組態以沿著軸線123發射帶電粒子束。帶電粒子槍102進一步包括連接至發射體的發射體電源。捕獲電極設置在槍外殼中，捕獲電極至少部分地圍繞軸線。捕獲電源連接至捕獲電極。帶電粒子槍102進一步包括屏蔽元件，其在槍腔室操作期間將自捕獲電源提供至捕獲電極的電位與軸線屏蔽。
根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，發射體可為場發射體，例如，熱場發射體(thermal field emitter,TFE)、肖特基發射體或冷場發射體(cold field emitter,CFE)。本揭露的實施例可對CFE特別有利，因為CFE對可導致發射體損壞的電弧可能甚至更敏感。
在第1A圖的例示性實施例中，屏蔽元件可由陽極152提供。此亦可在第1B圖的橫截面示意圖中看出。第1B圖例示出展示槍外殼111、捕獲電極142及陽極152的橫截面視圖。捕獲電極142圍繞陽極152。陽極152將捕獲電極142的電位與第1B圖所示的旋轉對稱配置的中心屏蔽。
根據本揭露的實施例，屏蔽元件減少或避免捕獲電極的電位對沿著軸線123行進的電子束的影響。根據又另外的額外或替代修改形式，捕獲電極可為旋轉對稱的，特別是環形的。例如，可圍繞軸線123提供旋轉對稱。因此，可以對稱的方式提供捕獲電極電位對電子束的可能殘留的影響。根據又另外的可選實現方式，帶電粒子槍可進一步包括位於槍外殼內的引出器電極、位於槍外殼內的抑制器電極及至少部分地位於槍外殼內的陽極，如第1A圖所示。
根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，帶電粒子槍102及/或帶電粒子束裝置100可包括控制器190。如第1A圖所例示，控制器190可連接至發射體電源124、引出器電源134、捕獲電源144及陽極電源154。根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，控制器190可連接至帶電粒子束裝置及/或帶電粒子槍的電源中之一或多者以控制帶電粒子束的操作。
根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，帶電粒子槍包括控制器，控制器具有處理器及記憶體，記憶體儲存指令，指令在由處理器執行時致使設備進行根據本揭露的實施例中之任一者的方法。
根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，帶電粒子束裝置可進一步包括基板支撐件(第1A圖中未展示)，特別是連接至電源的基板支撐件，以用於在帶電粒子束裝置的操作期間提供樣品電壓。控制器190亦可控制樣品電位。因此，可藉由樣品與發射體122之間的電位差控制電子在樣品上的著陸能量。
控制器190包含中央處理單元(central processing unit,CPU)、記憶體及例如支撐電路。為了促進對帶電粒子束裝置及/或帶電粒子槍的控制，CPU可為任何形式的通用電腦處理器中之一者，通用電腦處理器可在工業設置中用於控制各種腔室及子處理器。記憶體耦接至CPU。記憶體或電腦可讀媒體可為一或多個現成的記憶體裝置，諸如隨機存取記憶體、唯讀記憶體、軟碟、硬碟，或任何其他形式的數位儲存器(本端或遠端)。支撐電路可耦接至CPU以用於以習知的方式支撐處理器。此等電路包括快取記憶體、電源、時鐘電路、輸入/輸出電路及相關子系統等。成像過程指令及/或用於操作並清潔帶電粒子束裝置(或分別地，帶電粒子槍)的指令通常在記憶體中儲存為通常被稱為程式庫的軟體常式。軟體常式亦可儲存於第二CPU(未展示)中且/或由第二CPU執行，第二CPU位於CPU正在控制的硬體的遠端。軟體常式在由CPU執行時將通用電腦轉換成控制設備操作的專用電腦(控制器)，諸如用於控制尤其是帶電粒子束裝置及/或帶電粒子槍的一或多個電源的專用電腦。儘管本揭露的方法及/或過程被論述為實現為軟體常式，但是其中所揭露的方法步驟中之一些可在硬體中進行並且可由軟體控制器進行。因而，實施例可在軟體中實現為電腦系統上執行，且可在硬體中實現為特殊應用積體電路或其他類型的硬體實現方式，或在軟體及硬體的組合中實現。控制器可執行或進行根據本揭露的實施例之操作帶電粒子槍的方法或操作帶電粒子束裝置的方法。
實施例允許對電子槍(例如，掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)的電子槍)進行電弧保護。由於粒子捕獲，可減少對進一步減少粒子污染的需要。此外，可減小例如在維護電子槍之後，當在UHV環境中操作發射體時的電弧風險。
根據本揭露的實施例，捕獲電極提供槍外殼111中的額外電極。即，引入除了用於帶電粒子束引導或帶電粒子束影響的電極之外的電極。用於帶電粒子束引導的電極可選自由以下各項組成的組：抑制器、引出器、陽極、透鏡的電極、用於帶電粒子束的偏轉器的電極及束像差校正元件的電極。例如，額外電極或捕獲電極可為環形電極。根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，捕獲電極可分別設置在真空腔室110或槍外殼111的底部，或緊靠發射體。
為了操作帶電粒子槍或帶電粒子束裝置，分別對捕獲電極加偏壓至正電位或負電位，例如，正或負的幾百伏至幾kV，以吸附污染粒子。在捕獲電極處產生靜電捕獲場。將捕獲電極切換至在開啟高電壓以分別操作發射體或槍之前的電位。此後，在第二步驟中，開啟帶電粒子槍的其他電壓。在產生靜電捕獲場之後產生發射體處的靜電發射場。根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，在開啟靜電發射場後，靜電捕獲場的方向在捕獲電子處保持相同。吸附在捕獲電極處的粒子殘留在捕獲電極上。減小了電弧的危險。
根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，在維護之後或在加速帶電粒子槍的操作之前，在發射體處及/或在帶電粒子槍中沒有電場。電場基本為零。在帶電粒子槍中(例如在槍外殼中及/或鄰近於發射體)提供的第一電場或靜電場係靜電捕獲場。僅在此之後，分別在帶電粒子槍或槍外殼中提供另外的靜電場，諸如靜電發射場。在添加另外的靜電場後，捕獲電極處的靜電捕獲場的方向保持。因此，粒子殘留在捕獲電極處。
第2A圖至第2C圖例示在第6圖所示的流程圖中例示的操作帶電粒子槍的方法的操作期間的帶電粒子槍102。在操作602處，帶電粒子槍102內的電壓為非操作值。例如，電場在發射體處及在捕獲電極處基本為零。非操作值可例如與維護期間的值相同或與將真空腔室110抽空期間的值相同。例如，發射體122、引出器132、陽極152及該捕獲電極142可處於接地電位。在第2A圖至第2C圖所例示的實例中，帶電粒子束柱亦處於如參考符號214所指示的接地電位。發射體電源124、引出器電源134、陽極電源154及捕獲電源144可例如關閉。在清潔槍外殼(即，帶電粒子槍102的真空腔室)以減少槍外殼內部的污染之後，粒子202可殘留在真空腔室中。
根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，粒子202可為粉塵粒子或其他污染粒子，該等粒子在未被捕獲時可黏附至發射體122的尖端。
在操作604處，開啟捕獲電極。利用捕獲電源144向捕獲電極142提供電壓產生了靜電捕獲場，靜電捕獲場將粒子202吸向捕獲電極142。此在第2B圖中例示出。例如，對於電子束槍，施加至捕獲電極142的電壓可為正或負的幾百伏至幾千伏，例如100 V至9 kV或- 100 V至- 9 kV，諸如約-6 kV。為了捕獲粒子，並未將帶電粒子槍的其他組件中之一或多者切換至操作電壓。靜電捕獲場係槍腔室中僅有的場。特定而言，發射體及/或引出器並未處於操作電壓，且例如可將其加偏壓至接地電位。捕獲電極的切換致使槍外殼中的粒子吸附至捕獲電極且離開發射體。另外或替代地，切換捕獲電極致使粒子吸附至捕獲電極且離開槍腔室中的其他組件，特別是當粒子黏附至其時可增大電弧的其他組件。此類組件可為其他電極或束引導元件，諸如陽極、抑制器、透鏡電極，或槍外殼的組件。
在帶電粒子槍或帶電粒子束裝置的操作期間，即使在發射體處提供了靜電發射場，仍可將一或多個組件加偏壓至接地電位。此外，在維護期間可將複數個組件加偏壓至接地電位。因此，可存在維護電壓與操作電壓之間的重疊，且例如在操作期間加偏壓至接地電位的組件在操作604期間(即，當捕獲電極開啟時)亦可處於接地電位。根據本揭露的一些實施例，在發射體處及/或在帶電粒子槍中未提供電場。電場基本為零。在帶電粒子槍中(例如在槍外殼中及/或鄰近於發射體)提供的第一電場或靜電場係靜電捕獲場。僅在此之後，分別在帶電粒子槍或槍外殼中提供另外的靜電場，諸如靜電發射場。根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，捕獲電極142被切換至第二電極電位以用於捕獲粒子，而並非所有其他部件均處於操作電壓或者大部分組件並不處於操作電壓。特定而言，捕獲電極可被切換至第二電極電位以用於產生靜電捕獲電位來捕獲粒子，而帶電粒子槍的僅一個另外的組件有可能處於該一個另外的組件的操作電壓(例如接地)，其中操作電位(例如接地)不提供另外的電場。更特定而言，一個另外的組件的操作電壓可處於接地電位。
在操作606處，將剩餘組件中之一或多者，特別是發射體122，切換至操作電壓。例如，可利用發射體電源124將發射體加偏壓至+8 kV至+ 12 kV。此外，可利用引出器電源134將引出器132加偏壓至-3 kV至-7 kV，且可將陽極152加偏壓至接近接地電位的電位。根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，對於陽極152始終保持在接地的實施例，可省略陽極電源154。捕獲電極142保持加偏壓至例如+ 3 kV至+ 9 kV。粒子202保持捕獲在捕獲電極處。當槍中的其他電壓開啟時，捕獲電極處的電場在捕獲電極的表面處亦保持為負的。
根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，帶電粒子槍的相對電位可如下提供：操作性發射體電位為- 0.3 kV至-2 kV，引出器電極的電位為+ 5 kV至+ 10kV，操作性陽極電位為+ 10 kV至+ 100 kV，且抑制器電極的電位為-0.6 kV至-2.3 kV，樣品的電位處於接地，其中相對電位可共同偏移，特別是偏移約- 15 kV至- 45 kV。
根據一個實施例，提供操作帶電粒子槍的方法。方法包括：在帶電粒子槍內設置處於第一發射體電位的發射體且在帶電粒子槍內設置處於第一電極電位的捕獲電極，其中第一發射體電位及第一電極電位被設置以在發射體處且在捕獲電極處具有基本為零的電場(例如參見操作602)。方法進一步包括：將捕獲電極自第一電極電位切換至不同於第一電極電位的第二電極電位以在捕獲電極處產生靜電捕獲場(例如參見操作602)。在將捕獲電極自第一電極電位切換至第二電極電位之後，開啟發射體處的靜電發射場(例如參見操作606)。
根據實施例，提供操作帶電粒子槍的方法。方法包括：在帶電粒子槍內設置處於第一發射體電位的發射體且在槍外殼內設置處於第一電極電位的捕獲電極(例如參見操作602)。方法進一步包括：將捕獲電極自第一電極電位切換至不同於第一電極電位的第二電極電位(例如參見操作602)。在切換捕獲電極之後，方法進一步包括將發射體切換至帶電粒子槍的操作性發射體電位，操作性發射體電位不同於第一發射體電位。根據又另外的可選修改形式及實現方式，可包括帶電粒子槍102的其他組件，其帶有類似的切換行為。例如，方法可包括：設置處於第一陽極電位的陽極及設置處於第一外殼電位的帶電粒子槍的槍外殼。在切換捕獲電極之後，可將陽極切換至帶電粒子槍的操作性陽極電位，操作性陽極電位不同於第一陽極電位。
根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，第一發射體電位、第一電極電位、第一陽極電位及第一槍外殼電位可對應於維護期間的相應電位。
回到第1A圖及第1B圖，陽極152設置在捕獲電極142與軸線123之間。電子束沿著軸線123行進。因此，陽極將電子束與捕獲電極所提供的電場屏蔽。根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，捕獲電極的幾何形狀及/或捕獲電極的設計經選擇以減少或避免影響電子的在射束路徑中的部分，即，基本沿著軸線行進的電子束。根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，捕獲電極的旋轉對稱設計係有利的。可能殘留的對電子的影響將係旋轉對稱的。
根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，可設置屏蔽元件以用於屏蔽捕獲電極的靜電場。如上所述，陽極或另一射束引導元件可充當屏蔽元件。此外，可設置另一屏蔽元件。
第5圖展示根據本揭露的實施例，其中設置屏蔽元件712以屏蔽沿著射束路徑的電子。此外，設置捕獲電極142，即第一捕獲電極，且設置第二捕獲電極。捕獲電極142及另一捕獲電極742可定位在沿著軸線123的不同位置。根據又另外的額外或替代修改形式，另一捕獲電極742電極可具備不同於捕獲電極142的外徑，可具備不同於捕獲電極142的內徑，且/或可具有不同的橫截面形狀。
根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，一或多個捕獲電極的設計及/或位置可經選擇，使得當帶電粒子槍102中的其他電壓開啟時，電場在一或多個捕獲電極的表面處亦保持為負的。
為了即使開啟其他電壓以用於操作帶電粒子槍仍使污染粒子捕獲在一或多個捕獲電極處，一或多個捕獲電極可在平行於軸線123的橫截面(例如，第7圖所示的橫截面，特別是環形捕獲電極的一側的橫截面)中具有彎曲表面。例如，一或多個捕獲電極的形狀可經設定以使得電場針對發射體在維護、加速及操作期間的不同電壓保持在同一極性。根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，捕獲電極可具有20 mm或以下的曲率半徑，特別是10 mm或以下。曲率半徑影響靜電捕獲場的場強。因此，曲率半徑愈小，產生靜電捕獲場的第二電極電位可能愈小。關於最大曲率半徑，應理解，平面或線的曲率半徑為無限大，特別是比20 mm大得多。
第3圖展示根據本文所描述的實施例的帶電粒子束裝置100的示意圖。帶電粒子束裝置100可為電子顯微鏡，諸如掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)。帶電粒子束裝置100包括根據本揭露的實施例的帶電粒子槍。帶電粒子束裝置100進一步包括用於將電子束引導至樣品324上的柱302。樣品324可支撐在樣品台322上。
帶電粒子束裝置100包括經組態以發射(初級)帶電粒子束的帶電粒子源120及如本文所描述的捕獲電極142。控制器190可在帶電粒子束102的加速期間及在帶電粒子槍的操作期間控制電壓。如上所述，在操作帶電粒子源120之前，由捕獲電源144向捕獲電極142提供捕獲電位。
帶電粒子束裝置可包括聚光透鏡配置304及用於將帶電粒子束與軸線123對準的對準偏轉器306。根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，軸線123可為物鏡310的光學軸線。
第3圖展示直視系統。對準偏轉器306亦可用於提供非直視系統。例如，第一偏轉器可用於產生粒子束的傾斜且第二偏轉器可用於將射束重新定向成垂直於樣品324的表面。特別是對於磁性第二偏轉器，可提供初級電子束與信號射束之間的間隔。
如第3圖所示，物鏡310將電子束聚焦於樣品324上。設置在物鏡內或物鏡上游的一或多個掃描偏轉器312可在樣品上掃描電子束以進行影像產生。初級電子束入射於樣品上時產生的信號粒子可由偏轉器308偏轉。如第3圖所示，偏轉器可為在軸偏轉器。另外或替代地，可設置離軸偏轉器。
根據可與本文所描述的其他實施例組合的一些實施例，物鏡310可為靜電磁性複合透鏡，特別是具有靜電透鏡的靜電磁性複合透鏡，靜電透鏡將柱內的能量自柱內的高能量減小至更低的著陸能量。
第3圖展示單射束掃描電子顯微鏡。根據可與本文所描述的其他實施例組合的又另外的實施例，包括捕獲電極的本揭露的實施例亦可用於多射束掃描電子顯微鏡或多射束微影系統。多射束帶電粒子束裝置或多射束系統可具備磁性透鏡、靜電磁性複合透鏡，或具備靜電透鏡，靜電透鏡具有用於多射束系統的個別子射束的個別透鏡開口。
根據一個實施例，提供帶電粒子束裝置。帶電粒子束裝置包括：根據本揭露的實施例中之任一者的帶電粒子槍；以及用於在樣品上引導帶電粒子的帶電粒子束柱。
鑒於上述情況，可提供複數個實施例。實施例尤其是如下。實施例1：一種操作帶電粒子槍的方法，其包括：在帶電粒子槍內設置處於第一發射體電位的發射體且在帶電粒子槍內設置處於第一電極電位的捕獲電極，其中第一發射體電位及第一電極電位被設置以在發射體處且在捕獲電極處具有基本為零的電場；將捕獲電極自第一電極電位切換至不同於第一電極電位的第二電極電位以在捕獲電極處產生靜電捕獲場；以及在將捕獲電極自第一電極電位切換至第二電極電位之後，開啟發射體處的靜電發射場。
實施例2：根據實施例1所述之方法，其中開啟靜電發射場包括：將發射體自第一發射體電位切換至操作性發射體電位。
實施例3：如實施例2所述之方法，其進一步包括：設置處於第一陽極電位的陽極；設置處於第一外殼電位的帶電粒子槍的槍外殼；以及在切換捕獲電極之後，將陽極切換至帶電粒子槍的操作性陽極電位，操作性陽極電位不同於第一陽極電位。
實施例4：如實施例3所述之方法，其中第一發射體電位、第一電極電位、第一陽極電位及第一外殼電位對應於維護期間的相應電位。
實施例5：如實施例1至4中任一項所述之方法，其中捕獲電極的切換致使槍外殼中的粒子吸附至捕獲電極且離開發射體或槍腔室中的其他組件。
實施例6：如實施例1至5中任一項所述之方法，其中在將發射體切換至操作性發射體電位之後，第二電極電位在捕獲電極處提供場強以在捕獲電極上捕獲粒子。
實施例7：如實施例1至6中任一項所述之方法，其中在開啟發射體處的靜電發射場之前且在開啟發射體處的靜電發射場之後，靜電捕獲場具有第一方向。
實施例8：如實施例1至7中任一項所述之方法，其中帶電粒子槍的相對電位可如下提供：操作性發射體電位為- 0.3 kV至-2 kV，引出器電極的電位為+ 5 kV至+ 10kV，操作性陽極電位為+ 10 kV至+ 100 kV，且抑制器電極的電位為-0.6 kV至-2.3 kV，樣品的電位處於接地，其中相對電位可共同偏移，特別是偏移約- 15 kV至- 45 kV。
實施例9：一種用於帶電粒子束裝置的帶電粒子槍，其包括：槍外殼；設置在槍外殼中的發射體，發射體經組態以沿著軸線發射帶電粒子束；連接至發射體的發射體電源；設置在槍外殼中的捕獲電極，捕獲電極至少部分地圍繞軸線；連接至捕獲電極的捕獲電源；以及屏蔽元件，其在槍外殼的操作期間將捕獲電極的靜電場與軸線屏蔽。
實施例10：如實施例9所述之帶電粒子槍，其進一步包括：位於槍外殼內的引出器電極；位於槍外殼內的抑制器電極；以及至少部分地位於槍外殼內的陽極。
實施例11：如實施例10所述之帶電粒子槍，其中屏蔽元件由至少部分地設置在捕獲電極與軸線之間的陽極提供。
實施例12：如實施例9至11中任一項所述之帶電粒子槍，其進一步包括：控制器，控制器包括：處理器及記憶體，記憶體儲存指令，指令在由處理器執行時致使帶電粒子槍進行如實施例1至6中任一項所述之方法。
實施例13：如實施例9至12中任一項所述之帶電粒子槍，其中捕獲電極係旋轉對稱的，特別是環形的。
實施例14：如實施例9至13中任一項所述之帶電粒子槍，其中捕獲電極在平行於軸線的橫截面中具有彎曲表面。
實施例15：如實施例9至14中任一項所述之帶電粒子槍，其中捕獲電極的形狀經設定以使得靜電場針對發射體在維護、加速及操作期間的不同電壓保持在同一極性。
實施例16：如實施例9至15中任一項所述之帶電粒子槍，其中捕獲電極具有20 mm或以下的曲率半徑。
實施例17：如實施例9至16中任一項所述之帶電粒子槍，其進一步包括：另一捕獲電極，其特別位於沿著軸線的不同於捕獲電極的位置。
實施例18：如實施例9至17中任一項所述之帶電粒子槍，其中發射體係場發射體。
實施例19：一種帶電粒子束裝置，其包括：如實施例9至16中任一項所述之帶電粒子槍；以及用於在樣品上引導帶電粒子的帶電粒子束柱。
鑒於上述情況，可提供以下優點中之一或多者。可減少帶電粒子槍的加速期間的電弧。因此，可減少發射體(特別是場發射體)的損壞風險。此外，可減少用於加速帶電粒子槍的清潔工作量。因此，可加速維護且/或可增加系統的工作時間。因此，可改良帶電粒子束裝置的總通過量。
雖然前述內容係針對本揭露的實施例，但是在不脫離本揭露的基本範疇的情況下可設計出本揭露的其他及另外實施例，且本揭露的範疇由以下申請專利範圍決定。
100:帶電粒子束裝置 102:帶電粒子槍 110:真空腔室 111:槍外殼 112:另一真空腔室 120:帶電粒子源 121:導體 122:發射體 123:軸線 124:發射體電源 125:抑制器電極 126:絕緣體 128:導體 132:引出器 134:引出器電源 142:捕獲電極 144:捕獲電源 152:陽極 154:陽極電源 190:控制器 202:粒子 214:接地電位 302:柱 304:聚光透鏡配置 306:對準偏轉器 308:偏轉器 310:物鏡 312:掃描偏轉器 322:樣品台 324:樣品 602:操作 604:操作 606:操作 712:屏蔽元件 742:另一捕獲電極
因此，可詳細理解本揭露的上述特徵的方式、對上文簡略概述之本揭露的更具體描述可能參考實施例。隨附圖式係關於本揭露的實施例且在以下進行描述： 第1A圖展示根據本文所描述的實施例且包括用於捕獲粒子的電極之帶電粒子束裝置的一部分的示意圖； 第1B圖展示第1A圖所示的帶電粒子束裝置的該部分的橫截面視圖； 第2A圖至第2C圖展示帶電粒子束裝置的一部分的示意圖，該示意圖例示根據本文所描述的另外實施例的用於捕獲粒子的操作； 第3圖展示根據本揭露的實施例之包括粒子陷阱的帶電粒子束裝置的示意圖； 第4圖展示根據本揭露的實施例之操作帶電粒子束裝置的一部分的方法的流程圖；以及 第5圖展示根據本文所描述的實施例且包括用於捕獲粒子的電極及另一捕獲電極之帶電粒子束裝置的一部分的示意圖。
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100:帶電粒子束裝置
102:帶電粒子槍
110:真空腔室
111:槍外殼
112:另一真空腔室
120:帶電粒子源
121:導體
122:發射體
123:軸線
124:發射體電源
125:抑制器電極
126:絕緣體
128:導體
132:引出器
134:引出器電源
142:捕獲電極
144:捕獲電源
152:陽極
154:陽極電源
190:控制器

Claims (19)

  1. 一種操作一帶電粒子槍的方法，其包含以下步驟： 在該帶電粒子槍內設置處於一第一發射體電位的一發射體且在該帶電粒子槍內設置處於一第一電極電位的一捕獲電極，其中該第一發射體電位及該第一電極電位被設置以在該發射體處且在該捕獲電極處具有基本為零的一電場； 將該捕獲電極自該第一電極電位切換至不同於該第一電極電位的一第二電極電位以在該捕獲電極處產生一靜電捕獲場；以及 在將該捕獲電極自該第一電極電位切換至該第二電極電位之後，開啟該發射體處的一靜電發射場。
  2. 如請求項1所述之方法，其中開啟該靜電發射場之步驟包含以下步驟： 將該發射體自該第一發射體電位切換至一操作性發射體電位。
  3. 如請求項2所述之方法，其進一步包含以下步驟： 設置處於一第一陽極電位的一陽極； 設置處於一第一外殼電位的該帶電粒子槍的一槍外殼；以及 在切換該捕獲電極之後，將該陽極切換至該帶電粒子槍的一操作性陽極電位，該操作性陽極電位不同於該第一陽極電位。
  4. 如請求項3所述之方法，其中該第一發射體電位、該第一電極電位、該第一陽極電位及該第一外殼電位對應於維護期間的相應電位。
  5. 如請求項1至4中任一項所述之方法，其中該捕獲電極的切換致使該槍外殼中的粒子吸附至該捕獲電極且離開該發射體或槍腔室中的其他組件。
  6. 如請求項1至4中任一項所述之方法，其中在將該發射體切換至該操作性發射體電位之後，該第二電極電位在該捕獲電極處提供一場強以在該捕獲電極上捕獲粒子。
  7. 如請求項1至4中任一項所述之方法，其中在開啟該發射體處的該靜電發射場之前且在開啟該發射體處的該靜電發射場之後，該靜電捕獲場具有一第一方向。
  8. 如請求項1至4中任一項所述之方法，其中該帶電粒子槍的相對電位可如下提供： 該操作性發射體電位為- 0.3 kV至-2 kV，該引出器電極的一電位為+ 5 kV至+ 10kV，該操作性陽極電位為+ 10 kV至+ 100 kV，且該抑制器電極的一電位為-0.6 kV至-2.3 kV，樣品的一電位處於接地，其中該等相對電位可共同偏移。
  9. 一種用於一帶電粒子束裝置的帶電粒子槍，其包含： 一槍外殼； 一發射體，該發射體設置在該槍外殼中，該發射體經組態以沿著一軸線發射一帶電粒子束； 一發射體電源，該發射體電源連接至該發射體； 一捕獲電極，該捕獲電極設置在該槍外殼中，該捕獲電極至少部分地圍繞該軸線； 一捕獲電源，該捕獲電源連接至該捕獲電極；以及 一屏蔽元件，其在該槍外殼的操作期間將該捕獲電極的一靜電場與該軸線屏蔽。
  10. 如請求項9所述之帶電粒子槍，其進一步包含： 一引出器電極，該引出器電極位於該槍外殼內； 一抑制器電極，該抑制器電極位於該槍外殼內；以及 一陽極，該陽極至少部分地位於該槍外殼內。
  11. 如請求項10所述之帶電粒子槍，其中該屏蔽元件由至少部分地設置在該捕獲電極與該軸線之間的該陽極提供。
  12. 如請求項9至11中任一項所述之帶電粒子槍，其進一步包含： 一控制器，其包含：一處理器及一記憶體，該記憶體儲存指令，該等指令在由該處理器執行時致使該帶電粒子槍進行如請求項1至4中任一項所述之方法。
  13. 如請求項9至11中任一項所述之帶電粒子槍，其中該捕獲電極係旋轉對稱的。
  14. 如請求項9至11中任一項所述之帶電粒子槍，其中該捕獲電極在平行於該軸線的一橫截面中具有一彎曲表面。
  15. 如請求項9至11中任一項所述之帶電粒子槍，其中該捕獲電極的形狀經設定以使得該靜電場針對該發射體在維護、加速及操作期間的不同電壓保持在同一極性。
  16. 如請求項9至11中任一項所述之帶電粒子槍，其中該捕獲電極具有20 mm或以下的一曲率半徑。
  17. 如請求項9至11中任一項所述之帶電粒子槍，其進一步包含： 另一捕獲電極，其位於沿著該軸線的不同於該捕獲電極的一位置。
  18. 如請求項9至11中任一項所述之帶電粒子槍，其中該發射體係一場發射體。
  19. 一種帶電粒子束裝置，其包含： 如請求項9至11中任一項所述之用於該帶電粒子束裝置的帶電粒子槍；以及 以及一用於在一樣品上引導帶電粒子的帶電粒子束柱。
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