TWI748478B - 荷電粒子束裝置 - Google Patents

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Abstract

為了於具備於試樣附近產生磁場之物鏡及升壓電極之荷電粒子束裝置中，提供一種能夠防止離子放電之荷電粒子束裝置，而於磁場透鏡與升壓電極之間配置絕緣體，且使絕緣體之前端部較磁場透鏡之上磁路之前端更向下磁路之前端側突出。進而，絕緣體之下側之前端位於下磁路之上側，並且於上磁路與下磁路之間埋入非磁性金屬電極。

Description

荷電粒子束裝置
本發明係關於一種荷電粒子束裝置，尤其是關於一種能夠以較低之損傷且較高之空間解析度照射荷電粒子束之荷電粒子束裝置。
掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope，以下稱為SEM)等為了降低對試樣之損傷，而推進低加速化。低加速下，因光學系統之像差而解析度變差。因此，考慮於通過用以使電子束收斂之磁場透鏡時使電子加速之方式。於該方式之電子束應用裝置中，為了使電子束加速而搭載施加正電壓之升壓電極。
於此種電子束應用裝置之磁場透鏡之附近，存在源自試樣之電子、因升壓電場所致之微小放電之電子。該等電子一面受到由磁場透鏡之磁場所致之旋轉作用，一面被具有正電壓之升壓電極牽引。若由磁場所致之旋轉作用變強，則電子之飛行時間變長，而使殘留氣體離子化。產生之殘留氣體之離子亦受升壓電場之影響而與周圍之電極碰撞。因該等電子或離子而引起升壓電極或周圍之電極之電壓降低或放電現象。
作為相關之先前技術，例如存在專利文獻1。專利文獻1中揭示如下構成：作為荷電粒子束裝置之電磁重疊型物鏡，具備互相電性絕緣之磁軛構件、控制磁路構件及升壓磁路構件，且藉由低加速之電子束以高解析度觀察、檢查、分析微細電路圖案之晶圓試樣。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2013-138024號公報
如上所述，於具有磁場透鏡之電子束應用裝置中，若為了使電子束加速而搭載升壓電極，則通常不會成為問題之因微小放電產生之電子一面於磁場中旋轉，一面與升壓電極碰撞。此時，存在如下課題：電子一面將空間中之殘留氣體激發成離子一面旋轉，因此引起離子放電，無法獲得作為電子束應用裝置之所需性能。
本發明之目的在於解決上述課題，而提供一種荷電粒子束裝置，其於具備於試樣附近產生磁場之磁場透鏡及升壓電極之構成中，能夠防止離子放電。
為了達成上述目的，本發明提供一種荷電粒子束裝置，其係具有磁場透鏡及升壓電極者，且構成如下：於磁場透鏡與升壓電極之間配置絕緣體，使絕緣體之前端部較磁場透鏡之一磁路之前端更向另一磁路之前端側突出。
根據本發明，能夠提供一種不對升壓電場產生影響，而減少荷電粒子旋轉之空間，防止離子放電之荷電粒子束裝置。
10:電子源
11:電子束
12:偏向器
13:磁場透鏡
14:試樣載置台
15:試樣載置台驅動機構
16:升壓電極
17:絕緣體
18:升壓電壓
19:電子
20:絕緣體
21:電子
22:非磁性金屬電極
23:照射透鏡
24:多光束形成部
25:光束分離器
26:多檢測器
27:真空腔室
28:真空計A
29:真空計B
30:試樣交換室
31:Vb電源
32:控制基板
33:操作員控制台
34:放電用電極
35:放電對策用電源
131:上磁路
132:線圈
133:下磁路
圖1係表示實施例1之電子顯微鏡之概略構成之圖。
圖2係表示實施例1之電子顯微鏡之要部之構成例之圖。
圖3係表示實施例2之電子顯微鏡之要部之構成例之圖。
圖4係表示實施例3之電子顯微鏡之要部之構成例之圖。
圖5係表示實施例3之多光束裝置之概略構成之圖。
圖6係表示實施例4之電子顯微鏡系統之概略構成之圖。
圖7係表示實施例4之電子顯微鏡系統之真空排氣動作之一例之流程圖。
圖8係表示實施例4之電子顯微鏡系統之真空排氣速度之觀察例之模式圖。
圖9係表示實施例5之電子顯微鏡之要部之構成例之圖。
以下，根據圖式依序說明本發明之實施方式。再者，於複數個圖式中，對同一構成要素原則上附上同一數字編號。又，於以下實施例中，例示電子顯微鏡作為荷電粒子束裝置進行說明，但本發明亦可適用於除電子束繪圖裝置等以外之其他荷電粒子束裝置。
實施例1
實施例1係荷電粒子束裝置之實施例，其係具有磁場透鏡及升壓電極者，且構成如下：於磁場透鏡與升壓電極之間具備絕緣體，使絕緣體之前端部較磁場透鏡之一磁路之前端更向另一磁路之前端側突出。
圖1係表示實施例1之荷電粒子束裝置之一構成例即電子顯微鏡之概略剖面構成之圖。自作為荷電粒子束源之電子源10釋出之電子束11藉由偏向器12適當偏向，經由構成物鏡之磁場透鏡13而成為照射至試樣之電子探針。載置供照射電子探針之試樣之試樣載置台14藉由試樣載置 台驅動機構15進行X-Y驅動等而進行視野選擇等。如圖1所示，磁場透鏡13包含上磁路131、線圈132及下磁路133。磁場透鏡採用藉由軟磁體等磁路封閉線圈132之構成，於欲形成磁場之空間位置，於磁路空開間隙。於本說明書中，將兩磁路隔著該間隙部分相對向之部位記為「磁路之前端」。
如圖1所示，於磁場透鏡13之內側，為了使電子束加速，而繞裝置之光軸設置有施加正升壓電壓18之升壓電極16及絕緣體17。對試樣載置台14施加省略圖示之減速電壓。
如上所述，於磁場透鏡13之附近，存在源自試樣之電子、因升壓電極16之升壓電場所致之微小放電之電子。該等電子若一面受因磁場所致之旋轉作用，一面被具有正電壓之升壓電極16牽引，而其飛行時間變長，則如上所述使殘留氣體離子化。產生之離子亦受升壓電場之影響而與周圍之電極碰撞。由於該等電子或離子，引起升壓電極或周圍電極之電壓降低或放電現象。更具體而言，於外透鏡型物鏡構造之情形時，儘管空間耐壓為20kV以上，因施加磁場所致之離子放電導致於5kV以下亦放電。此種現象為於觀察釋氣較多之試樣之情形時尤其明顯觀察到之現象。
圖2表示實施例1之電子顯微鏡之要部即磁場透鏡13及升壓電極16周邊之一構成例。如圖2所示，設置於磁場透鏡13與升壓電極16之間之絕緣體17具有覆蓋磁場透鏡13之上磁路131、下磁路133之前端之構成，藉由該構成，減少因微小放電所致之電子19之旋轉之空間，防止電子19之浮動。又，亦可以如下方式構成：於構成上磁路131、下磁路133之磁性材之前端附近塗佈抑制電子釋出之材料，進一步抑制由微小放電所致之電子之產生。
實施例2
實施例2為如下構成之荷電粒子束裝置之實施例，即，絕緣體僅覆蓋至少一磁極之前端，以使得於自其他場所對載置於試樣載置台上之試樣照射電子時，設置於磁場透鏡與升壓電極之間之絕緣體不帶電。換言之，將絕緣體之前端位置設置於磁場透鏡之一磁路之前端與另一磁路之前端之間。更具體而言，為如下構成：使絕緣體之下側之前端較磁場透鏡之上磁路之前端更向下磁路側突出，絕緣體之下側之前端設置於較磁場透鏡之下磁路更靠上。
圖3係表示實施例2之電子顯微鏡之要部之圖。與圖1、圖2共通之數字編號表示同一物。如圖3所示，具有如下構成：圖3所示之絕緣體20不同於圖1、圖2所示之絕緣體17，僅覆蓋磁場透鏡13之上磁路131，以使得於用虛線之圓包圍之部分，絕緣體不因藉由電子束11之照射自試樣載置台14上之試樣飛出之電子21而帶電。藉由本實施例之構成，能夠降低、防止絕緣體20之靜電，且發揮設置絕緣體20之本來效果即防止由微小放電之電子所致之不良影響。
進而，於本實施例之構成中，亦可以於絕緣體20之表面形成用以防止靜電之防靜電膜之方式構成。該防靜電膜可利用以噴霧型於絕緣體20之表面形成半導電體覆膜者。
實施例3
實施例3為如下構成之荷電粒子束裝置之實施例：藉由於磁場透鏡之上磁路與下磁路之間配置非磁性金屬電極，使絕緣體之前端附近之電場平行、均勻。
圖4係表示實施例3之電子顯微鏡之要部之一構成例之圖。 如圖4所示，於磁場透鏡13之上磁路131之前端與下磁路133之前端之間配置有非磁性金屬電極22。非磁性金屬電極22例如與接地等特定之電位點連接。藉由該非磁性金屬電極22，可使以虛線之橢圓包圍之區域、即絕緣體20之下側之前端附近之電場平行、均勻，藉此藉由增強電場，能夠抑制由磁場所致之電子之旋轉，防止放電現象，將電壓保持至更高壓。
再者，以上說明之實施例1-實施例3之電子顯微鏡之構成以使用單光束之基本構成進行說明，但各實施例並不限定於單光束者，可適用於兼顧解析度與大視野之多光束構成之高速SEM或電子束繪圖裝置等荷電粒子束裝置。
圖5表示具備實施利3之構成之高速SEM或電子束繪圖裝置等多光束構成之荷電粒子束裝置之一構成例。於多光束構成之荷電粒子束裝置中，具備：照射透鏡，其設置於電子源等荷電粒子束源之下游側，且照射荷電粒子束；多光束形成部，其設置於照射透鏡之下游側，且自荷電粒子束形成多光束；光束分離器，其設置於多光束形成部之下游；聚焦透鏡，其設置於光束分離器之下游；以及多檢測器等，該多檢測器檢測藉由光束分離器分離之二次荷電粒子。再者，於本說明書中，下游與下側同樣地意指自荷電粒子束源朝向試樣之側。
即，於圖5所示之多光束構成之荷電粒子束裝置中，來自電子源10之電子束經由照射透鏡23入射至多光束形成部24形成多光束。各多光束經過設置於多光束形成部24之下游之光束分離器25、聚焦透鏡、光圈、物鏡即磁場透鏡13等照射至試樣。於試樣產生之各二次電子順著相反路徑，藉由光束分離器25送至分別對應之多檢測器26。於此種多光束構成中，磁場透鏡13與圖4所示之構成相同，具備於磁場透鏡13之上 磁路131之前端與下磁路133之前端之間具有非磁性金屬電極22之構成，與升壓電極16、絕緣體20一起可獲得使用圖4說明之本實施例之效果。
再者，此處省略圖示、說明，但對於使用圖1-圖3說明之實施例1、2之構成，亦可適用於如圖5所示之多光束構成之荷電粒子束裝置，可獲得實施例1、實施例2所需之效果。
實施例4
實施例4為具備如下順序之電子顯微鏡系統之實施例，上述順序為於對抗蝕劑等釋氣較多之試樣照射電子之情形時，觀察電子顯微鏡之真空計之變化，基於真空計之測量值改變升壓電壓之施加時間。即，為具備控制部之電子顯微鏡系統之實施例，上述控制部於將試樣導入至裝置內部時，監視裝置之真空排氣時之壓力變化，基於監視結果，控制升壓電壓向升壓電極之施加順序。又，為本電子顯微鏡系統之控制部以如下方式進行控制之構成之電子顯微鏡系統之實施例：基於真空計測量裝置之真空排氣時之壓力變化之測量值，於自排氣開始經過特定時間後真空度未超過基準值之情形時，進行警告顯示。
如圖6所示，於真空腔室27之內部配置圖1所示之實施例1之電子顯微鏡構成。當然，不限於實施例1之構成，亦能夠配置圖2-圖5所示之實施例2-實施例3之構成之電子顯微鏡。再者，如圖6所示，用以對升壓電極施加升壓電壓之Vb電源31設置於真空腔室27之外部。
如圖6所示，試樣交換室30附設於真空腔室27，於試樣交換室30與真空腔室27分別設置有真空計A28、真空計B29。將真空計A28、真空計B29之測量值輸入至成為控制電子顯微鏡系統之控制部之控制基板32。控制基板32係對操作員控制台33發送測量值而使該測量值顯 示於其顯示部，或基於測量值，控制Vb電源31對升壓電極施加之升壓電壓之值。然後，基於真空計B29之測量值等，於判斷為來自試樣之釋氣較多之情形時，控制基板32可以於操作員控制台33之顯示部進行警告顯示，並且不向升壓電極施加升壓電壓之方式進行控制。
使用圖7、圖8，對利用上述控制部即控制基板32之電子顯微鏡系統之控制方法進行說明。於圖7中，若操作員藉由操作員控制台33選擇順序開始，則控制基板32以將試樣載入至試樣交換室30之方式控制(步驟，以下稱為S71)，繼而以將試樣交換室30真空排氣之方式進行控制(S72)。然後，基於輸入之真空計之測量值，檢查真空排氣速度是否超過最低基準值(S73)。
圖8表示真空排氣速度之觀察例。於圖8中，橫軸表示排氣時間，縱軸表示裝置內之真空度(壓力)。如圖8所示，自排氣開始隨著時間之經過，裝置內之壓力依序降低。標準試樣之情形之排氣特性82於自排氣開始經過預先規定之特定時間後之真空度確認時間下，超過表示真空度之縱軸上之排氣速度最低基準值。因此，控制部於S73中判斷為超過(是(YES))，進行升壓電壓之輸出接通(ON)控制(S76)。
另一方面，釋氣較多之試樣之情形下之排氣特性83於真空度確認時間下未超過排氣速度最低基準值，因此於S73中判斷為未超過(否(NO))，進行升壓電壓之輸出斷開(OFF)控制(S74)，進行真空警告旗標開啟(ON)而進行警告顯示(S75)。
進而，控制基板32基於真空計之測量值，判斷真空腔室27內之真空度是否達到試樣載入容許值(S77)，於達到之情形時(YES)，將試樣載入至真空腔室27(S78)。然後，確認真空警告旗標之開啟(ON)/關閉 (OFF)(S79)，於開啟(ON)之情形時，操作員控制台33顯示推薦之觀察條件，操作員進行適當選擇(S80)。於真空警告旗標為關閉(OFF)之情形時，將包含升壓電壓之所有光學元件設定為觀察條件(S81)，開始真空腔室27內之利用電子顯微鏡之觀察。
即，根據本實施例，控制基板32於將試樣載入至真空腔室27後，於警告顯示為關閉(OFF)時，以設定裝置之觀察條件之方式進行控制，因此，可提供一種能夠根據釋氣之多寡而適當地實施試樣之觀察之電子顯微鏡系統。
實施例5
實施例5為具備配置於絕緣體與磁場透鏡之間之放電用電極、及對放電用電極施加放電對策用電壓之放電對策用電源之構成的荷電粒子束裝置之實施例。即，為設置有放電用電極作為用以吸收自磁線圈放電之電子之第2電極之構成的荷電粒子束裝置之實施例，藉由本實施例之構成可抑制升壓電極之電壓降。
圖9表示實施例5之荷電粒子束裝置之一構成例。於圖9中，於升壓電極16、絕緣體17與磁場透鏡13之間設置放電用電極34作為第2電極，自放電對策用電源35對放電用電極34施加放電對策用電壓。藉此，可藉由放電用電極34吸引自磁場透鏡13放電之電子19，抑制施加升壓電壓18之升壓電極16之電壓降。
本發明並不限定於上述各種實施例，包含各種變化例。例如，藉由組合以上實施例，可提供性能更高之荷電粒子束裝置。又，上述實施例係為了更佳理解本發明而詳細說明者，未必限定於具備說明之所有構成者。
進而，上述各構成、功能、控制基板等可藉由利用ASIC(Application Specific Integrated Circuit，特殊應用積體電路)、FPGA(Field Programmable Gate Array，場可程式化閘陣列)等積體電路來設計其等之一部分或全部等而以硬體形式實現，亦可藉由製作執行所需功能程式之中央處理部(CPU)實現。
11:電子束
13:磁場透鏡
14:試樣載置台
15:試樣載置台驅動機構
16:升壓電極
20:絕緣體
22:非磁性金屬電極
131:上磁路
132:線圈
133:下磁路

Claims (15)

  1. 一種荷電粒子束裝置，其特徵在於：其係具有磁場透鏡及升壓電極者，且於上述磁場透鏡與上述升壓電極之間配置絕緣體，上述絕緣體之下側之前端較上述磁場透鏡之一磁路之前端更向另一磁路之前端側突出。
  2. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中將上述絕緣體之前端之位置配置於上述磁場透鏡之上述一磁路之前端與上述另一磁路之前端之間。
  3. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中於上述絕緣體之表面形成用以防止靜電之防靜電膜。
  4. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其中於上述磁場透鏡之上述一磁路之前端與上述另一磁路之前端之間配置非磁性金屬電極。
  5. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其具備：放電用電極，其配置於上述絕緣體與上述磁場透鏡之間；及放電對策用電源，其對上述放電用電極施加放電對策用電壓。
  6. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其具備控制部，該控制部於將試樣導入至上述裝置之內部時，監視上述裝置之真空排氣時之壓力變化，且基於監視結果而控制升壓電壓向上述升壓電極之施加順序。
  7. 如請求項6之荷電粒子束裝置，其具備：顯示部；及真空計，其測量上述裝置之真空排氣時之真空度。
  8. 如請求項7之荷電粒子束裝置，其中上述控制部以如下方式進行控制，即，基於上述真空計之測量值，於自排氣開始經過特定時間後上述真空度未超過基準值時，斷開上述升壓電壓之輸出，於上述顯示部進行警告顯示。
  9. 如請求項7之荷電粒子束裝置，其中上述控制部以如下方式進行控制，即，基於上述真空計之測量值，於自排氣開始經過特定時間後上述真空度超過基準值時，接通上述升壓電壓之輸出。
  10. 如請求項7之荷電粒子束裝置，其中上述控制部以如下方式進行控制，即，基於上述真空計之測量值，於上述真空度達到試樣載入容許值時，將上述試樣載入至真空腔室。
  11. 如請求項1之荷電粒子束裝置，其具備： 荷電粒子束源，其產生荷電粒子束；照射透鏡，其配置於上述荷電粒子束源之下游側，且照射上述荷電粒子束；多光束形成部，其配置於上述照射透鏡之下游側，且自上述荷電粒子束形成多光束；光束分離器，其配置於上述多光束形成部之下游；聚焦透鏡，其設置於上述光束分離器之下游；以及多檢測器，其檢測利用上述光束分離器分離之二次荷電粒子；且上述磁場透鏡、上述升壓電極及上述絕緣體設置於上述聚焦透鏡之下游。
  12. 如請求項11之荷電粒子束裝置，其中將上述絕緣體之前端之位置配置於上述磁場透鏡之上述一磁路之前端與上述另一磁路之前端之間。
  13. 如請求項11之荷電粒子束裝置，其中於上述絕緣體之表面形成用以防止靜電之防靜電膜。
  14. 如請求項11之荷電粒子束裝置，其中於上述磁場透鏡之上述一磁路之前端與上述另一磁路之前端之間配置非磁性金屬電極。
  15. 如請求項11之荷電粒子束裝置，其具備： 放電用電極，其配置於上述絕緣體與上述磁場透鏡之間；及放電對策用電源，其對上述放電用電極施加放電對策用電壓。
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