TWI447774B

TWI447774B - 掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法及具有電子束校準功能的掃描電子顯微鏡

Info

Publication number: TWI447774B
Application number: TW100139223A
Authority: TW
Inventors: Souk Kim; Woo Rak Kum; Jae Hyung Ahn
Original assignee: Snu Precision Co Ltd
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2014-08-01
Also published as: TW201318023A

Description

掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法及具有電子束校準功能的掃描電子顯微鏡

本發明涉及一種掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法及具有電子束校準功能的掃描電子顯微鏡，更為詳細地涉及一種藉由採用威恩濾質器，能夠校準電子束使之到達所希望的目標點的掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法及具有電子束校準功能的掃描電子顯微鏡。

最近不僅是資訊儀器的極小化趨勢，尖端材料領域也是由於極微細技術的產業化，切實地要求對於微細構造物或者材料表面形貌的資訊。特別是，從1990年代後半期開始，全世界對於納米的研究活躍起來，隨之開展了查明納米物質結構和特性的各項研究，而電子顯微鏡擔負著重要的軸的作用。

近年來，一種掃描電子顯微鏡得到了廣泛的應用，該顯微鏡用1～100nm左右的微細電子束，在二維方向上掃描置於真空中的試樣的表面，並檢測在試樣表面上產生的二次電子的信號，在螢幕上顯示放大圖像或將此信號記錄下來，以分析試樣形態的微細構造等。

然而，以往為了使放射電子束能夠到達所希望的目標點而校準電子束的移動軌跡時，需要設置額外的定位裝置。

此外，在電子束的移動中，由於其剖面形狀變形，試樣檢測時的可靠性下降。

因此，本發明的目的是解決這種以往的問題，提供一種掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法及具有電子束校準功能的掃描電子顯微鏡，該控制方法及掃描電子顯微鏡無需設置額外的裝置，而採用威恩濾質器能夠控制電子束到達試樣上的所希望的目標點。

本發明的所述目的透過以下方案來實現。一種掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法，應用於這樣一種掃描電子顯微鏡：使得從光源產生的電子束通過威恩濾質器而射入試樣後所放射出的放射電子通過所述威恩濾質器而射入檢測器，以檢測所述放射電子，所述控制方法的特徵在於，包括：計算步驟，用於計算需要對所述威恩濾質器施加的最終電場及最終磁場，所述最終電場及所述最終磁場用於使通過所述威恩濾質器的電子束到達所述試樣的目標點，並且使從所述試樣放射並通過所述威恩濾質器的放射電子到達所述檢測器；以及施加步驟，對所述威恩濾質器施加所述最終電場及所述最終磁場。

此外，所述計算步驟可包括：初始資訊獲取步驟，用於獲取需要對所述威恩濾質器施加的初始電場及初始磁場，所述初始電場及所述初始磁場用於使通過所述威恩濾質器的電子束向垂直下方移動，並且使從所述試樣放射並通過所述威恩濾質器的放射電子到達所述檢測器；以及校準資訊獲取步驟，用於獲取需要對所述威恩濾質器施加的校準電場及校準磁場，所述校準電場及所述校準磁場用於使所述電子束到達所述試樣的目標點。

此外，在所述施加步驟之前可進一步包括校正資訊獲取步驟，用於獲取所述威恩濾質器所需要的校正電場，所述校正電場用於校正所述電子束的剖面形狀，並且在所述施加步驟中對所述威恩濾質器施加的最終電場包括所述校正電場資訊。

此外，所述校準資訊獲取步驟可包括：目標點獲取步驟，獲取所述試樣上的所述目標點的位置；測距步驟，檢測從所述威恩濾質器到所述目標點的直線距離；以及最終水準力計算步驟，計算為了使所述電子束到達所述目標點位置而需要由所述威恩濾質器向所述電子束提供的最終水準力。

此外，所述校準資訊獲取步驟在所述最終水準力計算步驟之後可進一步包括：校準資訊計算步驟，計算所述威恩濾質器所要求的校準電場及校準磁場，所述校準電場及所述校準磁場用於對所述電子束施加所述最終水準力，並且使通過所述威恩濾質器的所述放射電子到達所述檢測器。

此外，藉由所述校準電場而施加於所述電子束的靜電力和藉由所述校準磁場而施加於所述電子束的磁力可為方向相同且大小相同。

本發明的所述目的透過以下技術方案來實現。一種具有電子束校準功能的掃描電子顯微鏡，用於檢測從光源產生的電子束射入試樣後從所述試樣放射出的放射電子，所述具有電子束校準功能的掃描電子顯微鏡的特徵在於，包括：檢測器，配置在所述電子束和所述試樣之間，用於檢測所述放射電子；威恩濾質器，配置在所述檢測器的下方，產生磁場及電場以控制所述電子束及所述放射電子的移動軌跡；以及控制部，控制施加於所述威恩濾質器的電場及磁場。

此外，所述控制部可包括：第一計算部，用於計算將施加於所述威恩濾質器的初始電場及初始磁場，所述初始電場及所述初始磁場用於使通過所述威恩濾質器的電子束向垂直下方移動；以及第二計算部，用於計算將施加於所述威恩濾質器的校準電場及校準磁場，所述校準電場及所述校準磁場用於使所述電子束到達所述試樣上的所希望的目標點。

此外，所述控制部可進一步包括第三計算部，用於計算將施加於所述威恩濾質器的校正電場，所述校正電場用於控制通過所述威恩濾質器的電子束的剖面形狀。

根據本發明提供一種掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法，該方法利用威恩濾質器能夠易於控制電子束的移動軌跡。

此外，利用威恩濾質器能夠易於校正電子束的形狀變形。

此外，根據本發明提供一種具有電子束校準功能的掃描電子顯微鏡，該顯微鏡利用威恩濾質器能夠易於控制電子束的移動軌跡及形狀。

下面在進行說明之前需要說明的是，在以下多個實施例中，對於具有相同結構的結構要素，採用相同的符號在第一實施例中代表性地加以說明，並在其餘實施例中只說明不同於第一實施例的結構。

下面，參照附圖詳細說明本發明第一實施例的掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法。

在說明本發明第一實施例的掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法(S100)之前，先說明本實施例方法所採用的具有電子束校準功能的掃描電子顯微鏡(100)及應用該顯微鏡的檢測方法。

圖1是本發明的第一實施例所涉及的具有電子束校準功能的掃描電子顯微鏡的示意圖。

參照圖1，所述具有電子束校準功能的掃描電子顯微鏡(100)包括鏡筒(110)、光源(120)、匯聚透鏡(130)、光圈(140)、檢測器(150)、威恩濾質器(160)、物鏡(170)、試樣支架(180)和控制部(190)。

所述鏡筒(110)是用於將後述之光源(120)、匯聚透鏡(130)、光圈(140)、檢測器(150)、威恩濾質器(160)和物鏡(170)收納於內部的外裝材，其電子束射出側的端部即用於安置試樣的試樣側端部則保持真空狀態。

所述光源(120)是用於將透過加熱鏡筒(110)內陰極而產生的電子束向下方的安置有試樣(S)的試樣支架(180)側掃描的部件。

所述匯聚透鏡(130)是用於將從上述光源(120)發射的電子束匯聚為一點的部件。

所述光圈(140)是用於將通過匯聚透鏡(130)而匯聚的電子束轉換成具有一定波長的形態的部件。

所述檢測器(150)是用於檢測在電子束的射入後從試樣(S)放射的電子即包括二次電子(Secondary Electron)在內的放射電子的部件，所述檢測器(150)設置在光源(120)和後述之威恩濾質器(160)之間。

另一方面，放射電子在從試樣(S)向上側移動的過程中，通過威恩濾質器(160)向側方偏移並射入檢測器(150)，因此檢測器(150)的前端面優選形成傾斜，使得放射電子能夠垂直射入。

圖2是圖1所示具有電子束校準功能的掃描電子顯微鏡中的威恩濾質器的示意圖。

參照圖2，所述威恩濾質器(160)設置在檢測器(150)和試樣支架(180)之間即檢測器(150)的下側，威恩濾質器(160)是控制通過下方的電子束的移動軌跡，使得所述電子束到達所希望的目標點，或者控制通過上方的放射電子的移動軌跡，使得所述放射電子向檢測器(150)側偏移的部件。

另一方面，威恩濾質器(160)具有多個柱電極(161，pole electrode)安裝於環繞電子束或放射電子的移動軌跡的環狀支承部件(162)周圍的結構，所述柱電極(161)包括：電場產生部，透過被施加的電壓產生電場以對電子束或放射電子施加靜電力；以及磁場產生部，透過被施加的電壓產生磁場以對移動的電子束或放射電子施加磁力。

另一方面，在本實施例中這些柱電極(161)的數量為八個，但柱電極(161)的數量不受上述數量的限制。

所述控制部(190)用於控制由威恩濾質器(160)產生的電場及磁場，包括：施加部(191)、第一計算部(192)、第二計算部(193)和第三計算部(194)。

所述施加部(191)是連接於後述之第一計算部(192)、第二計算部(193)和第三計算部(194)，且用於將從各計算部(192、193、194)獲得而計算的最終電場及最終磁場資訊施加到威恩濾質器(160)的部件。

所述第一計算部(192)是用於計算威恩濾質器(160)要求的初始電場及初始磁場資訊的部件，所述初始電場及初始磁場用於使由上側的光源(120)產生的電子束在無偏移的狀態下向垂直方向移動，並且使由下側的試樣(S)放射的放射電子的移動軌跡偏移，以使所述放射電子射入檢測器(150)。

所述第二計算部(193)是用於計算威恩濾質器(160)要求的校準電場及校準磁場資訊的部件，所述校準電場及校準磁場用於在不影響由試樣(S)放射出的放射電子的移動軌跡的狀態下，使得由光源(120)發射的電子束匯聚到試樣上的所希望的目標點。

即，由於第一計算部(192)計算為了使放射電子向檢測器(150)側偏移而威恩濾質器(160)要求的電場及磁場，因此第二計算部(193)計算為了使電子束校準至所希望的目標點而威恩濾質器(160)要求的校準電場及校準磁場資訊。

所述第三計算部(194)是用於計算為了控制由光源(120)發射的電子束的剖面形狀而威恩濾質器(160)要求的校正電場資訊的部件。

即，在電子束通過威恩濾質器(160)時，會出現電子束在垂直於移動方向的方向上的剖面形狀為非圓形的情況，如果電子束的剖面形狀出現變形，不能確保對試樣(S)的檢測結果的可靠性，因此由威恩濾質器(160)另行施加校正電場以校正電子束的形狀。

因此，第三計算部(194)計算為了校正電子束的形狀而威恩濾質器(160)要求的電場資訊並提供給所述施加部(191)。

下面，簡要地說明上述具有電子束校準功能的掃描電子顯微鏡的工作。

首先，由光源(120)掃描的電子束通過匯聚透鏡(130)及光圈(140)之後到達威恩濾質器(160)。此時，威恩濾質器(160)藉由控制部(190)產生最終電場和最終磁場。

透過由威恩濾質器(160)產生的電場及磁場，被施加靜電力及磁力的電子束通過物鏡(170)到達試樣(S)上的目標點，在電子束射入後，由試樣(S)放射出包括二次電子的放射電子。

這種放射電子向上側移動並通過威恩濾質器(160)，而受到由威恩濾質器(160)施加的最終電場及最終磁場的靜電力及磁力的影響的放射電子則其移動軌跡偏向於檢測器(150)側，並最終射入檢測器(150)後被檢測。

另一方面，將在後面詳細描述在上述具有電子束校準功能的掃描電子顯微鏡的工作中控制威恩濾質器的方法的第一實施例。

圖3是本發明的第一實施例所涉及的掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法的流程圖。

參照圖3，本發明的第一實施例的掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法(S100)是利用威恩濾質器(160)校準電子束的方法，包括計算步驟(S110)和施加步驟(S120)。

所述計算步驟(S110)是計算並獲得將被施加到威恩濾質器(160)的最終電場及最終磁場資訊的步驟，包括初始資訊獲取步驟(S111)和校準資訊獲取步驟(S112)。

圖4是用於說明圖3所示掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法中初始資訊獲取步驟的圖。

參照圖4說明如下：所述初始資訊獲取步驟(S111)是透過第一計算部(192)計算並獲得威恩濾質器要求的初始電場及初始磁場資訊的步驟，所述初始電場及所述初始磁場用於使向下方通過威恩濾質器(160)的電子束在無軌跡偏移的狀態下向垂直下方移動，並且使向上方通過威恩濾質器(160)的放射電子的移動軌跡偏移從而使放射電子向檢測器(150)側移動。

換言之，假設試樣(S)中被檢測區域位於威恩濾質器(160)的垂直下方，並將這種狀態定義為初始狀態。在這種初始狀態下，不要求電子束因威恩濾質器(160)而產生軌跡變化，而僅要求放射電子的移動軌跡向檢測器(150)偏移。

因此，第一計算部(192)設置初始電場及初始磁場資訊，使得施加於電子束的靜電力(F_M,11 )和施加於放射電子的靜電力(F_M,12 )相同，並且使施加於電子束的磁力(F_E,11 )與施加於放射電子的磁力(F_E,12 )的方向相反但大小相同。

所述校準資訊獲取步驟(S112)是用於在電子束的射入目標點為非垂直下方的情況下，透過第二計算部(193)計算並獲得為了校準電子束而威恩濾質器(160)要求的校準電場及校準磁場資訊的步驟，包括目標點獲取步驟(S113)、測距步驟(S114)、最終水準力計算步驟(S115)及校準資訊計算步驟(S116)。

圖5是用於說明圖3所示掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法中目標點獲取步驟的圖。

參照圖5說明如下：所述目標點獲取步驟(S113)是從外部輸入試樣(S)上的目標點(T)或著在內部指定任意目標點(T)而獲取目標點的步驟。

所述測距步驟(S114)是感測或檢測從對電子束施加靜電力及磁力的威恩濾質器(160)的位置到試樣(S)中目標點(T)之間的直線距離(d)的步驟。

所述最終水準力計算步驟(S115)是考慮到在上述測距步驟(S114)中測出的從威恩濾質器(160)到目標點(T)之間的直線距離(d)和電子束的移動速度等，計算為了使電子束到達目標點(T)而需要對電子束施加的水準方向的力即最終水準力的步驟。

圖6是用於說明圖3所示掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法中校準資訊計算步驟的圖。

參照圖6說明如下：所述校準資訊計算步驟(S116)是用於計算威恩濾質器(160)要求的校準電場及校準磁場的步驟，所述校準電場及校準磁場用於在不影響放射電子的狀態下向電子束提供在上述最終水準力計算步驟(S115)中計算的最終水準力。

即，在本步驟中計算校準電場及校準磁場，使得對向下方通過威恩濾質器(160)的電子束施加的靜電力(F_M,A1 )及磁力(F_E,A1 )的組合與所述最終水準力一致，並且使對向上方通過威恩濾質器(160)的放射電子施加的靜電力(F_M,A2 )和磁力(F_E,A2 )相抵消而不影響放射電子。

圖7是用於說明圖3所示掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法中施加步驟的圖。

參照圖7說明如下：在所述施加步驟(S120)中，將在上述計算步驟(S110)中獲得的初始電場及初始磁場、校準電場及校準磁場組合而計算最終電場及最終磁場，並使用這些資訊控制威恩濾質器(160)產生最終電場及最終磁場，從而使通過威恩濾質器(160)的電子束能夠到達試樣(S)上的所希望的目標點(T)，並且使由試樣(S)放射的放射電子能夠射入檢測器(150)。

換言之，在本步驟中施加部(191)綜合通過第一計算部(192)計算並獲得的初始電場及初始磁場資訊和通過第二計算部(193)獲得的校正電場及校正磁場資訊，以計算最終電場及最終磁場，並使威恩濾質器產生最終電場及最終磁場。

下面，說明本發明第二實施例的　掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法(S200)。

圖8是本發明的第二實施例所涉及的掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法的流程圖。

參照圖8，本發明第二實施例的掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法(S200)是利用威恩濾質器(160)校準電子束的方法，包括計算步驟(S110)和施加步驟(S120)。

所述計算步驟(S110)是用於計算並獲得將施加於威恩濾質器(160)的最終電場及最終磁場資訊的步驟，包括初始資訊獲取步驟(S111)、校準資訊獲取步驟(S112)和校正資訊獲取步驟(S117)，其中初始資訊獲取步驟(S111)及校準資訊獲取步驟(S112)與第一實施例中的說明相同，因此省略重複說明。

圖9是用於說明圖8所示的掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法中校正資訊獲取步驟的圖。

參照圖9說明如下：所述校正資訊獲取步驟(S217)是透過第三計算部(194)計算並獲得威恩濾質器(160)要求的校正電場的步驟，所述校正電場用於使通過威恩濾質器(160)的電子束的非正常形狀變形從而將其校正為正常的形狀。

即，當使用例如與電子束的移動方向垂直的剖面的形狀為橢圓形而非圓形的非正常電子束檢測試樣(S)時，會出現檢測可靠性下降的問題，因此第三計算部(194)計算為了校正電子束形狀而威恩濾質器(160)要求的校正電場資訊。換言之，第三計算部(194)計算為了透過施加於電子束的靜電力(F_C )校正電子束的形狀而威恩濾質器(160)要求的校正電場。

因此，所計算出的校正電場資訊被傳遞到施加部(191)，且在所述施加步驟(S120)中控制威恩濾質器(160)產生考慮到這種校正電場資訊的最終電場。

本發明並不限於上述實施例及變形例，而在申請專利範圍所記載的範圍內可實現為多種形態的實施例。在不脫離本發明之申請專利範圍所要求保護的本發明宗旨的範圍內，在本發明所屬領域中具有通常知識者均能變形的範圍，毋庸置疑也屬於本發明的範圍之內。

100．．．掃描電子顯微鏡

110．．．鏡筒

120．．．光源

130．．．匯聚透鏡

140．．．光圈

150．．．檢測器

160．．．威恩濾質器

161．．．柱電極

162．．．環狀支承部件

170．．．物鏡

180．．．試樣支架

190．．．控制部

191．．．施加部

192．．．第一計算部

193．．．第二計算部

194．．．第三計算部

F_M,11 ．．．初始施加於電子束的靜電力

F_M,12 ．．．初始施加於放射電子的靜電力

F_E,11 ．．．初始施加於電子束的磁力

F_E,12 ．．．初始施加於放射電子的磁力

F_M,A1 ．．．對向下方通過威恩濾質器的電子束施加的靜電力

F_M,A2 ．．．對向上方通過威恩濾質器的放射電子施加的靜電力

F_E,A1 ．．．對向下方通過威恩濾質器的電子束施加的磁力

F_E,A2 ．．．對向上方通過威恩濾質器的放射電子施加的磁力

F_C ．．．施加於電子束的靜電力

S．．．試樣

T．．．目標點

d．．．直線距離

圖9是用於說明圖8所示掃描電子顯微鏡用威恩濾質器的控制方法中校正資訊獲取步驟的圖。