TWI772836B - 帶電粒子線裝置 - Google Patents

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Abstract

本揭示，目的在於提供一種帶電粒子線裝置，可抑制伴隨預備排氣而發生之對裝置的影響。 為達成上述目的，提出一種帶電粒子線裝置，係具備將帶電粒子線的照射對象亦即試料周圍的環境維持在真空狀態之真空試料室(200)、及連接有用來將被導入至真空試料室的試料環境做成真空的真空泵浦之預備排氣室(100)的帶電粒子線裝置，前述真空試料室，為包含天板(203)之箱狀體，且在該天板與位於該天板的下方的箱狀體的側壁(210)之間，包含該天板與側壁成為非接觸之部分(209)。

Description

帶電粒子線裝置
本揭示係帶電粒子線裝置，特別有關具備於將試料導入真空試料室之前將試料存在的環境予以真空排氣的預備排氣室之帶電粒子線裝置。
掃描電子顯微鏡等的帶電粒子線裝置中，有設有預備排氣室者。專利文獻1中，揭示一種設有預備排氣室的帶電粒子線裝置。又專利文獻1中，揭示為了抑制預備排氣室內的壓力變化所造成之真空試料室與預備排氣室之間的連接面的變形，而將預備排氣室的真空試料室側側壁面做成2層構造，並且使2個側壁面間相隔距離之構成。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特許第6198305號
[發明所欲解決之問題]
專利文獻1，示出藉由預備排氣室的壓力變動來減低從預備排氣室傳遞至試料室的力之方法。其構成為，將預備排氣室的供閥相接之壁面，與預備排氣室的供真空試料室相接之壁面予以相隔距離，藉此抑制預備排氣室的變形往真空試料室之傳播。按照這樣的構造，雖能減低因預備排氣室內的閥變形而產生的力傳達至試料室，但針對從預備排氣室與試料室壁面之緊固部傳遞的力則沒有考慮。
藉由發明團隊的研討，確認到從緊固部傳遞的力會使試料室的側壁變形，進而傳達至天板。特別是預備排氣室周邊的試料室壁面必須設置用於試料(晶圓等)搬送之開口部，因此相較於沒有開口的部分剛性較低，容易因從預備排氣室傳遞的力而變形。
藉由結構分析能夠確認出，像這樣由於伴隨預備排氣室的壓力變動而試料室天板承受力，會發生天板的變形及對於試料室之天板的相對位置偏離。
以下提出一種帶電粒子線裝置，目的在於抑制預備排氣室的壓力變化伴隨之從試料室側壁往試料室天板的力的傳達所造成的天板變形或位置偏離等。 [解決問題之技術手段]
作為用以達成上述目的的一個態樣，提出一種帶電粒子線裝置，係具備將帶電粒子線的照射對象亦即試料周圍的環境維持在真空狀態之真空試料室、及連接有用來將被導入至真空試料室的試料環境做成真空的真空泵浦之預備排氣室的帶電粒子線裝置，前述真空試料室，為包含天板之箱狀體，且在該天板與位於該天板的下方的箱狀體的側壁之間，包含該天板與側壁成為非接觸之部分。 [發明之效果]
按照上述構成，能夠抑制伴隨預備排氣而發生之對裝置的影響。
以下說明之實施例，主要有關一種減低基於預備排氣室的壓力變化之對裝置的影響之帶電粒子線裝置。此外，說明一種藉由修正預備排氣室的壓力變化所伴隨之天板的位移，而可減低對於試料之帶電粒子線的相對的偏移之帶電粒子線裝置。
半導體檢查、計測中運用的以掃描電子顯微鏡為代表之帶電粒子線裝置，要求高解析力，因此必須在高真空中做帶電粒子線照射。該些帶電粒子線裝置中，設有預備排氣室，可在維持著真空試料室的高真空狀態之狀態下，達成預備排氣室與真空試料室之間的試料交換。藉由設置預備排氣室，不需破壞真空試料室的真空便可達成試料交換，因此可實現裝置的高產量化。
另一方面，預備排氣室，每當試料交換便反覆真空排氣及大氣導入，此時與外部之氣壓差會變化，因此預備排氣室的上面、下面、或側面會變形。
掃描電子顯微鏡等的帶電粒子線裝置的主要構成構件，為預備排氣室、試料室及具備電子光學系統之鏡筒。預備排氣室及試料室，具備試料搬送用的開口部，具有開口部的側面彼此連接。當搬入大氣中的試料時，會暫且將預備排氣室設為大氣狀態，因此由於與試料室之壓力差，預備排氣室與試料室之連接面會朝向試料室變形。因此而發生的預備排氣室周邊之箱狀體的側壁的變形傳遞至天板，藉此有導致鏡筒的位置變化之可能性。若在觀察中發生此變形等，則帶電粒子線的照射位置會變化，因此觀察圖像會偏移。在圖像的偏移發生之期間，難以做高精度的觀察。雖亦可考慮設計成在進行真空排氣或大氣導入的期間，不進行基於帶電粒子線的照射之測定或檢查等，但會由於等待時間的增加而裝置的產量降低。
以下說明一種帶電粒子線裝置，具備將圍繞受到帶電粒子線照射的試料之空間維持在真空狀態之試料室、及將圍繞導入該試料室的試料之空間做真空排氣之預備排氣室帶的帶電粒子線裝置，其中，在試料室的天板與試料室的側壁之間，設有試料室的天板背面與箱狀體的側壁的金屬面彼此接觸之第1部分、及至少配置於前述預備排氣室側的天板與側壁的金屬面彼此成為非接觸之第2部分。此外，設有將天板與側壁之間予以密封之真空密封材。又，亦可設計成設有設置於天板之計測基準面、及設置於平台之鏡、及設置於箱狀體之雷射干涉計。
按照上述構成，壓力變化所伴隨之預備排氣室的變形雖會傳達至試料室的側壁，但會因側壁與天板之間的間隙而側壁的變形不會傳達至天板，因此能夠抑制試料室的變形，可抑制帶電粒子線的偏移。
例如，事先藉由結構分析推定側壁的變形，將間隙的尺寸做成比推定值還稍大，藉此防止當側壁與天板變形時的金屬面彼此的接觸，而可抑制力的傳達，同時藉由真空密封材維持試料室內的真空狀態。又，藉由雷射干涉計計測天板的位移，反饋給帶電粒子線的偏移量或平台位置，藉此便能高精度地修正伴隨天板的位移而發生之帶電粒子線與試料之相對位移。天板的變形愈小則修正的精度愈改善，因此藉由與抑制天板的變形之前述方法組合運用，會發揮更大的效果。
以下說明之實施例，係具備預備排氣室之帶電粒子線裝置，有關一種不受預備排氣室的變形影響而對正確的位置進行射束照射之帶電粒子線裝置。作為其一例，說明一種帶電粒子線裝置，其特徵在於，具備常時真空狀態之試料室、及可切換真空狀態與大氣狀態之預備排氣室、及具有光學系統之鏡筒，藉由前述試料室的天板與側壁之間的間隙，來設置在真空密封材以外沒有金屬接觸之部分，藉此抑制預備排氣室的壓力變化所伴隨之天板的變形，而修正天板的位移，藉此減低圖像的偏移。
按照上述般的構造，會抑制預備排氣室的壓力變動所伴隨之天板的變形，並且能夠修正天板的位移的影響。如此會減低圖像的偏移，縮短等待時間，藉此可實現裝置的產量提升。以下，包含其他實施例在內，利用圖面詳細說明一種具備預備排氣室之帶電粒子線裝置。
圖1為帶電粒子線裝置的概要示意圖，圖1(a)為側面截面圖、圖1(b)為從帶電粒子線裝置的射束鏡柱方向觀看之上視圖。如圖1(a)所示，本裝置由預備排氣室100、試料室200及鏡筒300(射束鏡柱)所構成。試料室200，為用來將圍繞受到帶電粒子線302照射的試料之空間維持在真空狀態之物，預備排氣室100，為用來將圍繞導入至試料室200的試料之空間予以真空排氣之物。
以下，說明預備排氣室100及試料室200的具體的構成。上述預備排氣室100及試料室200，如圖1(b)所示使彼此的試料搬送口亦即101及201相向，藉由螺栓109而在緊固部108被固定，並且藉由真空密封材102而被密封。此外，試料室200由箱狀體202及天板203所構成，它們之間藉由真空密封材204而被密封，並且在接觸面205各自的金屬面彼此接觸。真空密封材204例如為用於真空密封用之O型環。
在預備排氣室100，設有閥104、105。閥104，即使將預備排氣室100設為大氣狀態，仍維持試料室200的真空。閥105，可達成試料207往預備排氣室100之搬入、搬出。預備排氣室100，藉由真空泵浦106而被真空排氣，藉由放氣閥107而被恢復大氣壓。試料室200，藉由真空泵浦208而常時被真空排氣。藉由上述構成，可同時進行在試料室200之觀察、及在預備排氣室100之試料207的搬入、搬出。
觀察中若預備排氣室100內的壓力變化，則如圖2～3所示預備排氣室100及試料室200會變形。此處，閥104的變形會藉由狹縫103而被吸收，但由於狹縫103受力而預備排氣室100會變形，經由緊固部108使箱狀體202變形。此處，當箱狀體202的側壁210與天板203的面是金屬接觸的情形下，箱狀體202的變形會藉由金屬接觸部的摩擦力而傳達至天板203，肇生天板203的變形及對於試料207之相對位移。由於觀察中發生此變形及位移，鏡筒300的姿勢及位置會變化，帶電粒子線302的照射位置會變動，圖像會偏移。
以下，說明可抑制射束偏移之帶電粒子線裝置的具體例。圖4(a)為設置一抑制預備排氣室100的變形所造成之天板203的變形，進一步修正天板的位移之反饋系統的例子示意圖。本例中，將側壁210稍微削減，以便在側壁210與天板203之間生出間隙209(天板203與側壁210成為非接觸之部分)。此外，為了修正天板203的位移，設置一藉由雷射干涉計215來計測設於天板203的計測基準面213及設於平台206的鏡214之相對位移，透過控制器216反饋至偏向器303，而控制帶電粒子線302之系統。其他構成和圖1中說明的裝置構成相同。
藉由設置間隙209，即使因預備排氣室100的變形而箱狀體202變形，該變形也不會傳達至天板203。藉由將箱狀體202與天板203隔離，能夠抑制來自箱狀體202的側壁的變形之影響傳播。此處，在箱狀體202與天板203之間介著真空密封材204，而處於對兩者接觸之狀態，但真空密封材的剛性相較於其他零件為相對地低剛性，因此能夠藉由真空密封材的變形來吸收力。上述構造，可抑制天板203的變形，減低圖像偏移。
圖4(b)為從帶電粒子束的照射方向觀看之帶電粒子線裝置的上視圖，為在箱狀體與天板之間設置之間隙的區域的例子示意圖。如圖4(b)所示，切削區域211(圖中斜線所示區域)至少包含裝配有預備排氣室100之側的箱狀體202的上面。換言之，在箱狀體202的預備排氣室100側側壁，且至少供預備排氣室相接之部分的天板203側，設有天板203與箱狀體202之非接觸區域。
惟，若切削區域211過大則會因天板203的自重及試料室200內外的壓力差而天板203朝向箱狀體202變形，導致天板203與箱狀體202接觸，因此是以不發生接觸之程度來配置非切削區域212。亦即，藉由以非切削區域212(接觸區域)支撐天板203的荷重這樣的構成，藉此維持切削區域211的非接觸狀態之構成。
圖4(c)～(f)為側壁210與天板203近接之部分的截面圖。圖4(c)為圖4(b)的B-B’截面示意圖，示意箱狀體202的側壁210與天板203的下面接觸之狀態。側壁210與天板203由金屬所形成，成為金屬彼此接觸之狀態。
又，圖4(d)～(f)為圖4(b)的A-A’截面的種種形態例示意圖。圖4(d)為將箱狀體202的側壁上面予以切削(或相較於接觸區域，以上面成為較低之方式形成)，藉此設置間隙209的例子示意圖。圖4(e)為將天板203的下面側予以切削，藉此設置間隙209的例子示意圖。又，圖4(f)示意在藉由將箱狀體202的側壁上面予以切削而形成的間隙，例如插入由黏彈性構件所構成的阻尼材217的例子。使抑制振動的傳播之阻尼材217介於間隙(非接觸部分)，藉此能夠維持和非接觸狀態同程度的低剛性，同時改善振動特性。其結果，可抑制變形的影響傳達至天板。
像以上這樣，從帶電粒子束的照射方向(z方向)觀看，至少在供預備排氣室相接的側壁部分與天板之間設置間隙，藉此便能抑制變形的影響傳達至天板。針對非接觸部，是配置成箱狀體202的側壁上面與天板203的下面做成非接觸，另一方面，使真空密封材204和箱狀體202的側壁210與天板203的下面之雙方接觸，以便維持試料室200內部的真空。
像上述這樣，只要做出從帶電粒子束的照射方向觀看，至少在供預備排氣室相接的側壁部分與天板之間設置間隙，同時支撐天板這樣的構成即可，故做成如圖5示例般的構成亦可。圖5例子中，是在四角形的箱狀體202的4邊設置切削區域211，在箱狀體202的四隅設置非切削區域212，藉此滿足上述條件。圖5例子中，構成為藉由設於箱狀體202的四隅之柱來支撐天板203。
又，如圖6(a)示例般，是可設計成將箱狀體202的上面全部做成切削區域211(斜線部)，而在箱狀體202內部設置別的支撐構件，藉此備妥接觸區域(非切削區域212)。圖6(b)為圖6(a)的A-A’截面圖，示意為了設置與天板203之接觸區域212而在箱狀體202的側壁601內部具備柱狀體602的例子。以接觸區域212成為比側壁601的上面還高的位置之方式來設置柱狀體602，藉此便可抑制預備排氣室的形狀變化對天板203之影響。
圖7示意在箱狀體202的外部(大氣側)設置接觸區域212，藉由該接觸區域212支撐天板203的例子。圖7例子的情形下，例如在箱狀體202的外壁裝配柱狀體，藉由該柱狀體上的接觸區域212支撐天板203。像這樣，在箱狀體202的內部及外部的至少一方設置支撐構件，藉此便可設置切削區域211同時支撐天板203。
支撐構件，例如亦可設計成將柱狀體藉由固定在箱狀體202的側壁，或固定在箱狀體內部的地板而設置。
圖8～10為運用雷射干涉計之反饋系統的構成例示意圖。如圖8所示，在天板203設置計測基準面213，在平台206設置鏡214，藉由裝配於箱狀體202的雷射干涉計215，分別計測雷射干涉計215與計測基準面213之距離(B)及雷射干涉計215與鏡214之距離(C)。當距離(B)及距離(C)的差，於預備排氣室100的真空排氣或恢復大氣時變化的情形下，將它們的距離的差的變化量輸入控制器216(控制裝置)，來控制對於偏向器303之輸入，藉此使帶電粒子線302朝抵消距離的變化之方向偏移。
藉此，即使天板203相對於箱狀體202或試料207相對地位移，仍能抑制觀察圖像的偏移。此修正方法，當能夠忽略從帶電粒子線的軸至計測基準面213的距離(A)之變化時為有效的手法，若因天板的變形而距離(A)變化則會包含計測誤差，修正精度會降低。是故，為了盡可能減小距離(A)的變化的影響，計測基準面213理想是盡可能配置於靠近鏡筒300的位置。
如圖8所示，此修正方法能夠對複數個軸適用。圖8中，示意對二個相異的軸分別實施修正的例子。具體而言，對從雷射干涉計215朝向設於天板203的計測基準面213之光軸、及朝向鏡214之光軸的各者實施修正。
接著，如圖9所示，亦可構成為在天板203直接裝配雷射干涉計215，來計測與設於平台206的鏡214之距離(C’)。在此情形下，將距離(C’)的變化量輸入控制器216。此構成中同樣為了減小從帶電粒子線的軸至雷射干涉計之距離(A’)的變化的影響，雷射干涉計215理想是盡可能配置於靠近鏡筒300的位置。
又如圖10所示，亦可構成為將藉由雷射干涉計215而獲得的距離的變化的反饋目標設為平台。在此情形下，藉由控制對平台206的致動器之輸入，使平台206的位置朝抵消距離的變化之方向變化。
如上述般，將預備排氣室側的天板與試料室側壁做成非接觸構造，藉此便能抑制設於天板之雷射干涉計的計測基準、或雷射干涉計的位置的變動，故能使平台位置測定精度提升。
100:預備排氣室 101:試料搬送口 102:真空密封材 103:狹縫 104:閥 105:閥 106:真空泵浦 107:放氣閥 108:緊固部 109:螺栓 200:試料室 201:試料搬送口 202:箱狀體 203:天板 204:真空密封材 205:接觸面 206:平台 207:試料 208:真空泵浦 209:間隙 210:側壁 211:切削區域 212:非切削區域 213:計測基準面 214:鏡 215:雷射干涉計 216:控制器 217:阻尼材 300:鏡筒 301:燈絲 302:帶電粒子線 303:偏向器
[圖1]帶電粒子線裝置的一例示意圖。 [圖2]由於預備排氣室的真空排氣，而預備排氣室及試料室變形的狀態示意圖。 [圖3]當將預備排氣室內設為大氣時，預備排氣室及試料室變形的狀態示意圖。 [圖4]在真空試料室的天板與側壁之間設置一成為非接觸的部分之帶電粒子線裝置的一例示意圖。 [圖5]在真空試料室的天板與側壁之間設置一成為非接觸的部分之帶電粒子線裝置的一例示意圖。 [圖6]在真空試料室的天板與側壁之間設置一成為非接觸的部分之帶電粒子線裝置的一例示意圖。 [圖7]在真空試料室的天板與側壁之間設置一成為非接觸的部分之帶電粒子線裝置的一例示意圖。 [圖8]具備雷射干涉計之帶電粒子線裝置的一例示意圖。 [圖9]具備雷射干涉計之帶電粒子線裝置的一例示意圖。 [圖10]具備雷射干涉計之帶電粒子線裝置的一例示意圖。
100:預備排氣室
108:緊固部
200:試料室
202:箱狀體
203:天板
204:真空密封材
205:接觸面
206:平台
209:間隙
210:側壁
211:切削區域
212:非切削區域
213:計測基準面
214:鏡
215:雷射干涉計
216:控制器
217:阻尼材
300:鏡筒
302:帶電粒子線
303:偏向器

Claims (15)

  1. 一種帶電粒子線裝置，係具備將帶電粒子線的照射對象亦即試料周圍的環境維持在真空狀態之真空試料室、及連接有用來將被導入至真空試料室的試料環境做成真空的真空泵浦之預備排氣室的帶電粒子線裝置，前述真空試料室，為包含天板之箱狀體，且在該天板與位於該天板的下方的箱狀體的側壁之間，包含該天板與側壁成為非接觸之部分。
  2. 如請求項1所述之帶電粒子線裝置，其中，在前述天板與側壁之間，包含該天板與側壁接觸之部分，前述天板藉由與前述側壁之接觸部分而被支撐。
  3. 如請求項2所述之帶電粒子線裝置，其中，前述成為非接觸之部分，設於供前述預備排氣室連接之前述側壁。
  4. 如請求項3所述之帶電粒子線裝置，其中，前述成為非接觸之部分，從前述帶電粒子線的光軸方向觀看，形成於供前述預備排氣室連接之側壁的前述天板側。
  5. 如請求項1所述之帶電粒子線裝置，其中，在前述天板與前述側壁之間，以和前述天板與前述側 壁接觸之方式配置真空密封材。
  6. 如請求項5所述之帶電粒子線裝置，其中，前述真空密封材，為O型環。
  7. 如請求項5所述之帶電粒子線裝置，其中，在前述成為非接觸之部分，以和前述天板與前述側壁接觸之方式配置阻尼材。
  8. 如請求項1所述之帶電粒子線裝置，其中，在前述箱狀體的內部及外部的至少一方，設有支撐前述天板之支撐構件。
  9. 如請求項1所述之帶電粒子線裝置，其中，具備：計測基準，設置於前述天板；及平台，配置於前述真空試料室內，承載成為帶電粒子線的照射對象的試料；及鏡，設置於該平台上；及雷射干涉計，對前述計測基準與前述鏡照射雷射；及控制裝置，根據基於對於前述計測基準與前述鏡的雷射照射而求出之前述計測基準與前述雷射干涉計之間的距離、及前述鏡與前述雷射干涉計之間的距離之差分的變化，來控制前述平台的位置。
  10. 如請求項1所述之帶電粒子線裝置，其中，具備：偏向器，將照射至前述試料的帶電粒子線的照 射位置予以偏向；及計測基準，設置於前述天板；及平台，配置於前述真空試料室內，承載成為帶電粒子線的照射對象的試料；及鏡，設置於該平台上；及雷射干涉計，對前述計測基準與前述鏡照射雷射；及控制裝置，根據基於對於前述計測基準與前述鏡的雷射照射而求出之前述計測基準與前述雷射干涉計之間的距離、及前述鏡與前述雷射干涉計之間的距離之差分的變化，來控制前述偏向器以便將前述帶電粒子線的照射位置予以偏向。
  11. 如請求項1所述之帶電粒子線裝置，其中，具備：雷射干涉計，設置於前述天板；及平台，配置於前述真空試料室內，承載成為帶電粒子線的照射對象的試料；及鏡，設置於該平台上，被前述雷射干涉計的雷射照射；及控制裝置，根據基於前述雷射干涉計的對於前述鏡的雷射照射而獲得的雷射干涉計與鏡之距離，來控制前述平台的位置。
  12. 如請求項1所述之帶電粒子線裝置，其中，具備：偏向器，將照射至前述試料的帶電粒子線的照射位置予以偏向；及雷射干涉計，設置於前述天板；及平台，配置於前述真空試料室內，承載成為帶電粒子線的照射對象的試料；及鏡，設置於該平台上，被前述雷射干涉計的雷射照射；及控制裝置，根據基於前述雷射干涉計的對於前述鏡的雷射照射而獲得的雷射干涉計與鏡之距離， 來控制前述偏向器以便將前述帶電粒子線的照射位置予以偏向。
  13. 如請求項1所述之帶電粒子線裝置，其中，前述天板與前述側壁成為非接觸之部分，形成為包含前述真空試料室與前述預備排氣室之緊固部的正上方的部份。
  14. 如請求項1所述之帶電粒子線裝置，其中，前述天板與前述側壁成為非接觸之部分，形成為包含前述真空試料室與前述箱狀體之緊固部的正上方的部份。
  15. 如請求項1所述之帶電粒子線裝置，其中，前述天板與前述側壁成為非接觸之部分，形成為包含前述真空試料室與前述側壁之緊固部的正上方的部份。
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