TW520522B - Spectrometer objective for particle beam measuring system - Google Patents

Description

520522 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（1 ) 本發明係針對一種用於一粒子束測定系統的分光儀 物鏡，該系統具有一物鏡以及一減速電場分光儀，構成一 用於將一主要粒子束聚焦的粒子束光學單元。 一種分光儀物鏡在美國專利第4,728,790號中提及。 所揭露的分光儀物鏡本質上係由一具有短焦距的磁物鏡、 一配置在物鏡内的偏光單元以及一減速電場分光儀組成， 一起構成一電子束測定儀器的一電子光學柱之元件。所揭 路的物鏡係用於將藉由一高電流電子源發射的主要電子， 以及藉由主要電子在一試樣上產生的次要電子聚焦。次要 電子藉由物鏡聚焦至位在沿著測定儀器之光學軸的一點上 〇 已加速至高動能的次要電子之焦點位在一對稱球狀 的減速電場之中心，該電場係藉由配置在物鏡上方的分光 儀之一部份所產生。所產生之對稱球狀的減速電場係有助 於適當地構成一電極對。 為了保證次要電子之令人滿意的聚焦，方法之一係 強制提供一高的正電位至緊接地配置在試樣之上的引出電 極。然而，在試樣之區域中的高引出電場（E=1 一 2KV)應加 以避免’特別是在檢查鈍化的微電子元件的時候。此外， 引出電場的一致性係特別地對高度結構化的試樣造成干擾 ，且如此將對電子束測定儀器的解析度造成一不利的影響 ^致性係藉由在試樣上電子探針的直徑來決定。因此 ，美國專利第4,812,651號中建議在緊接著配置在試樣上 方的主要粒子束的路徑中包括一引出電極，並且為了調整 — — — — — — — — — — ·1111111 一«J·11111111 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁)

520522 A7 B7 五 、發明說明（2) 引出電場的強度以一可變化的電壓加以充電。 容許以附加的引出電極來實現高引出電場，以及低 引出電場（即用於鈍化的電路）。因此，引出電極被施以數 千伏（典型地係為1千伏）的高電壓或是約為零伏特（典型地 係介於-50伏特至+ 1〇〇伏特）的低電壓。 而，此類使用一緊接在試樣上方的附加電極的分 光儀物鏡，其缺點在於次要電子的截面並不在對稱球狀之 減速電場之中心區域内，該截面係藉由配置在物鏡上方的 分光儀之一部份所產生，因此測定的結果並不精確。 因此，本發明的目標之一在於提供一種根據申請專 利範圍第1項之前序文的分光儀物鏡，其係改善了測定結 果亦可供使用低引出電場的應用所用。 物鏡藉由申請專利範圍第丨項之特性加以解析。 本發明之進一步的具體實施例係為附屬的申請專利 範圍之主題。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據本發明用於一粒子束測定儀器之分光儀物鏡， 具有一物鏡以及一減速電場分光儀，構成一用於將一主要 粒子束聚焦的粒子束光學單元，其中減速電場分光儀包括 -一引出電極的配置用於將次要粒子從試樣中引出， - 一加速電極的配置用於將次要粒子向著物鏡方向 加速， - 一減速電場電極用於建立一電位柵極將次要粒子 減速，及 520522 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（3 ) 一用於將引出電極的配置以至少二不同的電壓充電 之裝置’用來調整引出電場的強度。 再者’所提供用於將加速電極配置充電的裝置視引 出电極配置之電壓而定，以構成一次要粒子束使適合用來 穿過減速電場電極之配置。 根據引出電極之配置的電壓改變找出適於加速電極 之配置的電壓，使能改良特別是在低引出電壓情形時之測 定的結果。 在一較佳的具體實施例中，加速電極之配置的電壓 係做為引出電極之配置所用，以至次要粒子截面位在減速 電場電極之配置的中心區域中。 在一進一步的改良中，用於將引出及加速電極之配 置充電的裝置，藉由一具有至少二模態之切換裝置加以控 制’以預先設定之電壓值施用於引出及加速電極之配置。 本發明之進一步的具體實施例，將參考圖式於此之 後加以說明。其中之圖式·· 第1圖係為本發明之一分光儀物鏡之一具體實施例的 垂直橫戴面， 第2圖係為第1圖中之分光儀物鏡的部分橫戴面，具 有一高引出電場，及 第3圖係為第1圖中之分光儀物鏡的部分橫截面，具 有一低引出電場。 第1圖中係概略地顯示根據本發明之一具體實施例之 一種分光儀物鏡，其本質上具有一物鏡1以及一減速電場 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 6 ----^------•丨丨丨— ί丨訂·！ — ί! 1 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

五、 Φ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 520522 發明說明（4 分光儀，構成一用於將一主要粒子束2聚焦的粒子束光學 早7L。 其中減速電場分光儀包括： •一引出電極的配置3用於將次要粒子4從一試樣5中 引出， -一加速電極的配置6用於將次要粒子4向著物鏡1方 向加速，及 -一減速電場7電極用於建立一電位栅極將次要粒子 4減速。 再者，用於將引出電極之配置3以至少二不同的電壓 Vex充電之裝置8，用來調整試樣5之區域中引出電場的強 度。再者，提供裝置9用於將加速電極之配置6以可變化的 电t Vaec充電。做為將加速電極之配置6充電所用的充電 裝置9，係取決於引出電極之配置3之電壓，以構成一 次要的粒子束使適合用來穿過減速電場電極之配置7。 如同圍住的減速電場電極之配置7具有一第一及一第 二電極7.1及7.2，第一電極係為一具有第一半徑之一第一 球狀的表面的一部份，第二電極係為一具有第二半徑之一 第一球狀的表面的*一部份’第一及第二球狀的中心點重疊 在一中心點10上，該點係位在物鏡1之光學軸1 · 1上。第一 及第二電極7.1、7.2係以電壓Vi、V2加以充電，以至建立 一電位柵極將次要粒子4減速。 提供一檢測器11用於檢測貫穿電極7·2的次要粒子。 當使用一對稱佈置的檢測器時，一位在負電位的電極12同 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — — — — 1 — — — — » ^^一 I I — I 1 I I * 祖— ll — li- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 520522 A7 B7 五、發明說明（ 時配置在第一及第二電極7·1、7·2的上方。電極12將任何 向著光學轴1.1之方向發射的次要電子4偏向。 引出電極之配置3係較佳地構成一平面的柵極電極， 並且傳導地連接至充電裝置8。 加速電極之配置6係根據此具體實施例藉由一襯墊管 所構成，該襯墊管係相關於光學軸1：1同中心地佈置的一 中空的圓筒。襯墊管避免在物鏡1内具有電場干擾次要電 子4的移動。 減速電場電極之配置7之二電極7.1及7.2係由球狀栅 極電極所構成。在揭露的具體實施例中，第一電極7 ι係 電力地連接至構成加速電極之配置6的襯墊管之末端 電極7.1之電壓Vi係與藉由充電裝置9所施加之加 速電極之配置6的電壓Vace相同。 電子束測定儀器提供一主要粒子束2，例如一主要電 子束’係由一電子束產生器發射’該主要粒子束被聚焦在 試樣5上。主要粒子在試樣5上產生次要粒子，以及次要電 :係從試樣中引出。次要電子穿經引出電極之配置3,且 糟由加速電子之配置6加速。次要電子前進進人物鏡】之磁 場，以至其在光學軸hI上具有—截面。截面被解釋成 同次要粒子之虛擬來源之_真實中間物影像，換句話說， 係為在試樣5之下所有虛擬的次要粒子路徑之最小的隹散 橫截面。為達到-良好的檢測效率，次要電子之路徑平行 於減速電場電極之配置的場電力線係為較佳的因此係垂 直於第-及第二電極7.卜7·2。假若次要粒子之截面位於 此，第 如 本紙張尺度適用中關家標準（CNSM4規格⑵0 χ挪公^· 因

^-----—I——I— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 520522 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -------2Z--------五、發明說明（6) 減速電場電極之配置7之中心點10，此狀況係為準破的。 減速電場電極之配置7之對稱球狀的減速電場係用於 減速及能量分析，電場係建立在介於二柵極或分別地以相 互不同的電位V,、％展現的光柵電極71、72之間的空間 ;的區域卜較低的半球狀柵極電極位在加速電極之配 置6的電位Vaee，較高的半球狀柵極電極7·2 _般係以介於 t 約-15伏特與+ 15伏特之間的電位加以充電。 化些次要粒子貫穿較高的半球狀栅極7·2會接著被檢 測器11加以檢測。 電壓vex係做為待測試之試樣所用。 通常用於將引出電極之配置3充電的裝置8被設計成 在-50伏特至2千伏之間的範圍中施以至少2電壓。在一鈍 化的試樣之例子中使用低電壓，在那些高引出電場未能將 試樣充電的例子中將使用較高的電壓。 用於將加速電極之配置6充電的裝置9被設計成在 + 500伏特至3千伏之間的範圍中施以至少2電壓。 第2圖顯示一具體實施例其中引出電極之配置的電壓 Vex係為1千伏，以及加速電極之配置的電壓係為2千伏 。因此，一高引出電場係產生在試樣5之區域中。次要粒 子4在減速電場電極之配置7的中心點具有一截面其能確保 一良好的檢測效率。 當測試鈍化的電路時係絕對地需要使用低引出電壓 ，為了避免試樣充電。在此例子中為在光學軸丨·丨上達成 一截面，根據引出電壓Vex使適應加速電壓係為必須的。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

--------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- -線- 9 520522 A7 B7 五、發明說明（7 ) 藉由使用一對適當的電壓vex、vace使有可能在減速電場電 極之配置7的中心點配置次要粒子的橫截面。 在根據第3圖的具體實施例中，藉使用1 〇〇伏特的引 出電壓Vex及1千伏的加速電壓Vacc產生一低引出電場。 在很多的例子中，具有二模態係為足夠的：一具有 一 引出電場的第一模態以及一具有一低引出電場的第二 模態。因此，用於將引出及加速電極之配置充電的裝置8 、9，係較佳地藉由具有至少二模態的切換裝置13(參見第 1圖）來控制，其中引出及加速電極之配置被施以預先設定 的電壓值。例如，在第一模態下可設定Vex= 1千伏及Vaec==2 千伏，在第二模態下可設定vex=ioo伏特及Vace=1千伏。 該一分光儀物鏡藉著壓按切換裝置上的一個按紐， 使減速電場適於受測試的試樣。不論使用何種模態，皆可 達到精確的檢測結果。 ----------裝--------訂--------- ·U (請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 520522 、 A7 ，_B7_ 五、發明說明（8 ) 元件標號對照

1…物鏡 7.1···第一電極 1.1···光學軸 7.2…第二電極 2···主要粒子束 8…充電裝置 3···引出電極 9…充電裝置 4···次要粒子 10···中心點 5···試樣 11…檢測器 6…加速電極 12…電極 7…減速電場 13…切換裝置 -------------裝--------訂·--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

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Claims (1)

1. 520522 AS BS CS DS 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 ι· 一種用於一粒子束測定系統之分光儀物鏡，其具有一 物鏡以及一減速電場分光儀，構成一用於將一主要粒 子束（2)聚焦的粒子束光學單元，其中減速電場分光儀 包括： -一引出電極的配置（3)用於將引出的次要粒子（4) 從一試樣（5)中引出， -一加速電極的配置（6)用於將次要粒子（4)向著物 鏡（1)的方向加速， •一減速電場電極之配置（7)用於建立一電位柵極 將次要粒子（4)減速，及 -用於將第一電極之配置（3)以至少二不同的電壓 (Vex)充電之裝置（8)，用來調整引出電場的強度， 特徵在於用於將加速電極之配置（6)充電之裝置（9) 視引出電極之配置（3)的電壓（Vex)而定，以構成一次要 粒子束使適合用於穿過減速電場電極之配置（7)。 2·如申請專利範圍第丨項之分光儀物鏡，其特徵在於加速 電極之配置（6)係由一襯墊管所構成。 3. 如申請專利範圍第丨項之分光儀物鏡，其特徵在於加速 電極之配置（6)係由一襯墊管所構成，其延伸穿經物鏡 〇 4. 如申凊專利範圍第1項之分光儀物鏡，其特徵在於減速 電％電極之配置（7)具有一第一及一第二電極（71、7·2) ，藉此第一電極（7.1)係為一具有第一半徑之一第一球 狀的表面的一部份，第二電極（7·2)係為一具有第二半 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝--------訂--------- 12 ^20522 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣

   AS B8 CS DS 申睛專利範圍 杬之一第二球狀的表面的一部份，第一及第二球狀的 中心點重疊在一中心點（1〇)上，該點係位在物鏡（丨）之 光學軸（1 · 1)上。 5·如申請專利範圍第丨項之分光儀物鏡，其特徵在於減速 電％電極之配置（7)具有一第一及一第二電極（71 ' 7·2) ’藉此第一電極（7.1)係為一具有第一半徑之一第一球 狀的表面的一部份，第二電極（7·2)係為一具有第二半 心·之一第二球狀的表面的一部份，第一及第二球狀的 中心點重疊在一中心點（1〇)上，該點係位在物鏡（1)之 光學軸（1.1)上，並且藉此第一電極（71)係由加速電極 之配置（6)的末端所構成。 6.如申請專利範圍第1項之分光儀物鏡，其特徵在於次要 的光粒子束具有一截面。 7·如申請專利範圍第4及5項之分光儀物鏡，其特徵在於 截面係位在減速電場電極之配置（7)之中心點（1〇)的區 域中。 8·如申請專利範圍第1項之分光儀物鏡，其特徵在於用於 將引出及加速電極之配置（3、6)充電的裝置（8、9)，係 較佳地藉由具有至少二模態的切換裝置（13)來控制， 其中引出及加速電極之配置被施以預先設定的電壓值 d、Vacc)。 9.如申請專利範圍第1項之分光儀物鏡，其特徵在於用於 將引出電極之配置（3)充電的裝置（8)被設計成在-50伏 特至2千伏之間的範圍中施以至少2電壓（Vaee)。 本紙張尺度適用中國國家標準（cns)a4規格（21〇 x 297公釐） ------------I * I---I I I 訂----I I I I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 13 520522 AS B8 CS DS 申請專利範圍 10·如申請專利範圍第1項之分光儀物鏡，其特徵在於用於 將加速電極之配置（6)充電的裝置（8)被設計成在+5〇〇伏 特至3千伏之間的範圍中施以至少2電壓（Vaee)。 (請先間讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 14