TWI773054B - 荷電粒子線裝置及振動抑制機構 - Google Patents
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Abstract
提供一種維修性佳且柱(鏡筒)的效果性的制振為可能的振動抑制機構及使用彼的荷電粒子線裝置。
荷電粒子線裝置係具備：
試料室，其係將成為觀察對象的試料收容於內部；
鏡筒，其係被配置於前述試料室的上部，將從荷電粒子源產生的荷電粒子線照射至前述試料上掃描；及
振動抑制機構，其係可裝卸地被設置於前述鏡筒，
前述振動抑制機構，係具有：
固定子，其係被固定於前述鏡筒；
環狀的可動子，其係可移動地被支撐於與前述鏡筒的軸方向垂直的方向；
複數的致動器，其係使前述可動子振動於與前述鏡筒的軸方向垂直的方向；
複數的振動感測器，其係被固定於前述固定子；及
控制器，其係按照前述振動感測器的輸出訊號來控制前述致動器。
Description
本發明是有關掃描型電子顯微鏡等的荷電粒子線裝置，特別是有關可抑制成為像搖晃的主要因素的裝置的振動的荷電粒子線裝置。
隨著近年來的半導體元件的微細化，半導體的製造裝置或檢查裝置也被要求高精度化或處理能力的提升。為了被形成於半導體晶圓上的圖案的形狀･尺寸的評價或缺陷的檢查，使用荷電粒子線裝置之一的掃描型電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope：SEM)。
在根據SEM的晶圓的測定或檢查工程中，從在柱上部所具備的電子槍照射荷電粒子線至晶圓上，檢測出從晶圓放出的二次電子，藉此取得觀察圖像，由其明暗的變化來進行圖案尺寸的測定或缺陷的觀察。
可是，為了SEM的更進一步的高分解能化，若加上荷電粒子線的修正裝置等，則柱大型化而引起柱的剛性降低。又，為了提升處理能力，若使晶圓移動用的平台高速化，則平台動作時的驅動反力會增加。其結果，晶圓觀察時的柱的振動會增加，產生荷電粒子線的照射位置的變動所造成的觀察圖像的變形或圖案邊緣的振動(以下亦稱為「像搖晃」)。
作為本技術領域的背景技術，例如有如專利文獻1般的技術。在專利文獻1是記載具備容易卸下的振動抑制機構的荷電粒子線裝置。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2018-5975號公報
(發明所欲解決的課題)
如上述專利文獻1般，採用使用振動感測器與加振器(致動器)的主動的振動抑制機構時，需要考慮致動器的壽命。因故障或壽命而須更換致動器時，最好致動器的更換容易。
又，如上述般，在SEM等的荷電粒子線裝置中，被要求更進一步的高精度化(高分解能化)與處理能力提升，裝置振動的抑制，特別是成為像搖晃的主要因素的柱(鏡筒)的振動的抑制成為重要的課題。
上述專利文獻1的振動抑制機構是可藉由固定環與螺栓來容易進行往柱(鏡筒)的安裝、卸下的構造，但與振動感測器成對的加振器(致動器)在X方向與Y方向分別只各配置1組，振動減低的效果有限。
於是，本發明的目的是在於提供一種維修性佳且柱(鏡筒)的效果性的制振為可能的振動抑制機構及使用彼的荷電粒子線裝置。
(用以解決課題的手段)
為了解決上述課題，
本發明為一種荷電粒子線裝置，其特徵係具備：
試料室，其係將成為觀察對象的試料收容於內部；
鏡筒，其係被配置於前述試料室的上部，將從荷電粒子源產生的荷電粒子線照射至前述試料上掃描；及
振動抑制機構，其係可裝卸地被設置於前述鏡筒，
前述振動抑制機構，係具有：
固定子，其係被固定於前述鏡筒；
環狀的可動子，其係可移動地被支撐於與前述鏡筒的軸方向垂直的方向；
複數的致動器，其係使前述可動子振動於與前述鏡筒的軸方向垂直的方向；
複數的振動感測器，其係被固定於前述固定子；及
控制器，其係按照前述振動感測器的輸出訊號來控制前述致動器。
又，本發明為一種振動抑制機構，係可裝卸地設置於荷電粒子線裝置的鏡筒，抑制在該鏡筒產生的振動之振動抑制機構，其特徵係具備：
固定子，其係被固定於鏡筒；
環狀的可動子，其係可移動地被支撐於與前述鏡筒的軸方向垂直的方向；
複數的致動器，其係使前述可動子振動於與前述鏡筒的軸方向垂直的方向；
複數的振動感測器，其係被固定於前述固定子；及
控制器，其係按照前述振動感測器的輸出訊號來控制前述致動器。
[發明的效果]
若根據本發明，則可提供一種維修性佳且柱(鏡筒)的效果性的制振為可能的振動抑制機構及使用彼的荷電粒子線裝置。
藉此，可謀求荷電粒子線裝置的高精度化(高分解能化)與處理能力提升。
上述以外的課題、構成及效果是可由以下的實施形態的說明來明確得知。
以下，利用圖面來說明本發明的實施例。另外，在各圖面中有關相同的構成是附上相同的符號，有關重複的部分是其詳細的說明省略。
實施例1
參照圖1~圖5，說明有關本發明的實施例1的振動抑制機構與荷電粒子線裝置。
圖1是表示本實施例的荷電粒子線裝置100的概略構成的剖面圖。圖2及圖3是分別為振動抑制機構20的立體圖及側面圖，顯示被安裝於柱(鏡筒)2的狀態。圖4是振動抑制機構20的平面圖(上面圖)，圖5是圖4的A部擴大圖。另外，如各圖中所示般訂定座標系(X，Y，Z)。
如圖1所示般，荷電粒子線裝置100是具備：試料室1，及被設置於試料室1的上部的柱(鏡筒)2，作為主要的構成。在試料室1的內部是具備：以可移動於X方向的X平台3及可移動於Y方向的Y平台4所構成的試料台5。
成為觀察對象的試料6是被載置於試料台5上。試料室1的內部是藉由未圖示的渦輪分子泵(主泵)與乾式泵(輔助泵)來維持於真空狀態。
在柱(鏡筒)2的上部是具備電子槍7，電子槍7是使一次電子線8產生，經由柱(鏡筒)2的內部來照射至試料6。往電子槍7的配線7a是從電子槍7的上方引導。
在柱(鏡筒)2的內部是具備：聚焦透鏡9、掃描偏向器10及對物透鏡11。柱(鏡筒)2的內部是藉由使用離子泵12的真空排氣來維持於超高真空狀態。在柱(鏡筒)2的上部是安裝有固定環25，隔著間隔件26來安裝振動抑制機構20。
振動抑制機構20是如圖2及圖3所示般，具備：慣性質量構件21、被設置於慣性質量構件21的致動器22a，22b、被設置於慣性質量構件21的振動感測器23a，23b、及按照振動感測器23a，23b的輸出訊號來驅動控制致動器22a，22b的控制器24。
利用圖4及圖5來說明振動抑制機構20的詳細的構成及其動作(作用)。圖5是圖4的A部擴大圖，顯示致動器22a的安裝部的詳細。
慣性質量構件21是具備：環狀的可動子21a，及位於可動子21a的外側的固定子21b。固定子21b是隔著間隔件26來固定於固定環25(參照圖3)。可動子21a與固定子21b是經由X方向可動子21c、Y方向可動子21d、板簧21e來連結。另外，慣性質量構件21是亦可形成為將板簧21e的部分薄薄加工的一體的零件。
X方向可動子21c是藉由形成平行平板構造的板簧21e來連結至固定子21b，對於固定子21b低剛性地被支撐於X方向。同樣，Y方向可動子21d是藉由形成平行平板構造的板簧21e來連結至固定子21b，對於固定子21b低剛性地被支撐於Y方向。
環狀的可動子21a是藉由形成平行平板構造的板簧21e來連結至X方向可動子21c，對於X方向可動子21c低剛性地被支撐於Y方向。又，可動子21a是藉由形成平行平板構造的板簧21e來連結至Y方向可動子21d，對於Y方向可動子21d低剛性地被支撐於X方向。
致動器22a，22b是在被附加預壓的狀態收於圓筒形的金屬盒的層疊壓電元件，一旦施加電壓，則從金屬盒突出的前端部會伸縮。致動器22a，22b是在將前端部朝向可動子21a的狀態下從固定子21b的外側插入，致動器22a，22b的金屬盒會被固定於固定子21b。
致動器22a的前端部會與X方向可動子21c連接，致動器22b的前端部會與Y方向可動子21d連接。層疊壓電元件的最大行程(stroke)一般是全長的0.1%程度的等級，致動器22a，22b的伸縮量是頂多數十μm~數百μm程度微小。
一旦致動器22a伸縮，則與致動器22a的前端部連接的X方向可動子21c會動作於X方向，可動子21a也動作於X方向。此時，可動子21a與Y方向可動子21d是低剛性地被連結於X方向，因此Y方向可動子21d是不妨礙可動子21a的X方向的動作。
同樣，若伸縮致動器22b，則與致動器22b的前端部連接的Y方向可動子21d會動作於Y方向，可動子21a也動作於Y方向。由於致動器22a，22b的伸縮量微小，因此可動子21a是可藉由致動器22a，22b來獨立地動作於XY方向。
振動抑制機構20是使用可動子21a的驅動反力作為對於在柱(鏡筒)2產生的振動的制振力。振動感測器23a，23b是例如加速度感測器，被固定於固定子21b，而使分別檢測出X方向、Y方向的振動。另外，振動感測器23a，23b是亦可被固定於柱(鏡筒)2或固定環25，而使檢測出柱(鏡筒)2的振動。又，亦可為加速度感測器以外的感測器，只要是可檢測出速度或變位。
說明有關本實施例的效果。觀察對象的試料6是藉由試料台5來定位於所望的位置。藉由電子槍7所產生的一次電子線8是利用柱(鏡筒)2內的聚焦透鏡9來聚焦，藉由對物透鏡11來對焦的狀態下被照射於試料6的表面，利用掃描偏光器10來二維地掃描於試料6表面上。從被照射一次電子線8的試料6的表面是放出二次電子，取得藉由未圖示的二次電子檢測器所檢測出的觀察圖像。
因試料台5的定位動作、離子泵12的動作、或來自設置環境的干擾等，在柱(鏡筒)2產生的振動是藉由振動感測器23a，23b來檢測出。
控制器24是按照振動感測器23a，23b的輸出訊號，以能抑制柱(鏡筒)2的振動之方式驅動致動器22a，22b，使可動子21a振動而使制振力產生。藉由試料6的觀察時的柱(鏡筒)2的振動減低，一次電子線8對於試料6的照射位置的振動也減低，抑制像搖晃，可取得更高精度的觀察圖像。
由於致動器22a，22b從慣性質量構件21的外側設置，因此不用分解振動抑制機構20，可容易地裝卸致動器22a，22b。因此，在柱(鏡筒)2的烘熱時暫時性地卸下致動器22a，22b，或致動器22a，22b的故障時或壽命時(定期更換時)的更換變容易，可提升維修性。
由於致動器22a，22b與振動感測器23a，23b會分別朝向XY方向，因此可檢測出柱(鏡筒)2的XY平面內的任意的方向的振動而減低。
如以上說明般，本實施例的荷電粒子線裝置100是具備：
將成為觀察對象的試料6收容於內部的試料室1；
被配置於試料室1的上部，將從荷電粒子源(電子槍7)產生的荷電粒子線(一次電子線8)照射至試料6上掃描的柱(鏡筒)2；及
被可裝卸地被配置於柱(鏡筒)2的振動抑制機構20，
振動抑制機構20是被構成為具有：
被固定於柱(鏡筒)2的固定子21b；
可移動地支撐於與柱(鏡筒)2的軸方向垂直的方向(XY方向)的環狀的可動子21a；
使可動子21a振動於與柱(鏡筒)2的軸方向垂直的方向(XY方向)的複數的致動器22a，22b；
被固定於固定子21b的複數的振動感測器23a，23b；及
按照振動感測器23a，23b的輸出訊號來控制致動器22a，22b的控制器24。
而且，從軸方向看柱(鏡筒)2時，可動子21a會被配置於固定子21b的內側，致動器22a，22b會從外側設置固定子21b。
又，可動子21a是對於固定子21b藉由低剛性的彈性構件(板簧21e)來被支撐於致動器22a，22b的動作方向，藉由致動器22a，22b使可動子21a對於固定子21b振動來衰減在柱(鏡筒)2產生的振動。
又，致動器22a，22b是具有：壓電元件、對壓電元件施加預壓而保護的盒、及從盒的一端突出輸出變位的前端部，被構成為前端部會藉由壓電元件而伸縮。
另外，本實施例是在致動器22a，22b與振動感測器23a，23b分別在朝向XY方向的狀態下設置振動抑制機構20，但在使繞著柱(鏡筒)2的軸旋轉的狀態下設置也無妨。亦即，無須配置為連結致動器22a與振動感測器23a的假想直線和連結致動器22b與振動感測器23b的假想直線一定要正交。
柱(鏡筒)2的振動模式(振動方向)是不一定要在XY方向一致，因此藉由致動器22a，22b與振動感測器23a，23b分別設為按照柱(鏡筒)2的振動模式(振動方向)，可使控制系的設計成為容易。
在柱(鏡筒)2的振動抑制作用中，環狀的可動子21a是作為減低(衰減)振動的「配重」機能。與為了使1個的可動子21a動作於X方向與Y方向的2方向來將柱(鏡筒)2制振，而在X方向及Y方向分別準備可動子的情況作比較，可使振動抑制機構20輕量化。又，由於動作的可動子21a會被配置於固定子21b的內側，因此可動部難與周圍的零件干擾，可擔保裝置的可靠度與安全性。
另外，複數的致動器22a，22b是最好配置為可動子21a的重心會位於複數的致動器22a，22b的推力線的大略交點上。藉由如此配置，僅致動器22a，22b的動作，便可有效地衰減在柱(鏡筒)2產生的振動。
又，由於柱(鏡筒)2為柱狀構造物，因此一般上部的振幅容易變大，作為振動抑制機構20的設置處是振幅大的上部期望有效的制振。
又，在柱(鏡筒)2的上部是配置有電子槍7，若將產生磁場的電磁式的致動器用於振動抑制機構20，則影響一次電子線8而對觀察圖像造成不良影響。藉由使用非磁性的致動器，可抑制對觀察圖像的影響。本實施例的致動器22a，22b是藉由層疊壓電元件來驅動，因此不對觀察圖像造成不良影響，可制振。由於層疊壓電元件是反應也高速，因此比較高頻的振動的減低也可能。
又，本實施例是在柱(鏡筒)2的最上部設置振動抑制機構20，但依柱(鏡筒)2的振動模式或振動的頻率，亦有在柱(鏡筒)2的上部以外之處的振幅大的情形，振動抑制機構20是被配置於柱(鏡筒)2的最上部以外的位置也無妨。該情況，只要將慣性質量構件21的內徑設為比柱(鏡筒)2的外徑更大即可。
又，亦可在柱(鏡筒)2設置複數的振動抑制機構20。藉由使用複數的振動抑制機構20，可有效地抑制複數的振動模式的振動。
實施例2
參照圖6~圖8說明有關本發明的實施例2的振動抑制機構。在本實施例中，說明相對於實施例1，可取得更大的制振力的振動抑制機構的例子。
圖6及圖7是本實施例的振動抑制機構30的立體圖及平面圖(上面圖)，分別相當於實施例1的圖2，圖4。又，圖8是圖7的B部擴大圖。
如圖6所示般，在柱(鏡筒)2的上部是安裝有固定環25，隔著間隔件26(在圖6是未圖示)來安裝振動抑制機構30。
振動抑制機構30是具備：慣性質量構件31、被設置於慣性質量構件31的致動器22a，22b、被設置於慣性質量構件31的振動感測器23a，23b、及按照振動感測器23a，23b的輸出訊號來驅動控制致動器22a，22b的控制器24。
慣性質量構件31是具備：固定子31b、及位於固定子31b的外側的環狀的可動子31a。固定子31b是隔著未圖示的間隔件26來固定於固定環25。可動子31a與固定子31b是經由X方向可動子31c、Y方向可動子31d、板簧31e來連結。另外，慣性質量構件31是亦可形成為將板簧31e的部分薄薄加工的一體的零件。
X方向可動子31c是藉由形成平行平板構造的板簧31e來連結至固定子31b，對於固定子31b低剛性地被支撐於X方向。同樣，Y方向可動子31d是藉由形成平行平板構造的板簧31e來連結至固定子31b，對於固定子31b低剛性地被支撐於Y方向。
環狀的可動子31a是藉由形成平行平板構造的板簧31e來連結至X方向可動子31c，對於X方向可動子31c低剛性地被支撐於Y方向。又，可動子31a是藉由形成平行平板構造的板簧31e來連結至Y方向可動子31d，對於Y方向可動子31d低剛性地被支撐於X方向。
致動器22a，22b是在將前端部朝向固定子31b的狀態下從可動子31a的外側插入，致動器22a，22b的金屬盒會被固定於可動子31a。
致動器22a的前端部會與Y方向可動子31d連接，致動器22b的前端部會與X方向可動子31c連接。
一旦致動器22a伸縮，則可動子31a與X方向可動子31c會動作於X方向。一旦致動器22b伸縮，則可動子31a與Y方向可動子31d會動作於Y方向。由於致動器22a，22b的伸縮量微小，因此可動子31a是可藉由致動器22a，22b來獨立地動作於XY方向。
振動抑制機構30是使用可動子31a的驅動反力作為對於在柱(鏡筒)2產生的振動的制振力。振動感測器23a，23b是分別被固定於固定子31b，使能檢測出X方向、Y方向的振動。另外，振動感測器23a，23b是亦可固定於柱(鏡筒)2或固定環25，使能檢測出柱(鏡筒)2的振動。
如以上說明般，本實施例的荷電粒子線裝置是從軸方向看柱(鏡筒)2時，可動子31a會被配置於固定子31b的外側，致動器22a，22b會從外側設置於可動子31a。
在本實施例中，由於可動子31a位於固定子31b的外側，因此需要注意可動部與周圍的零件的干擾，但容易將可動子31a大型化來擴大振動抑制機構30的制振力。有關其他的效果是與實施例1相同。
另外，本發明是不被限定於上述的實施例，包含各種的變形例。例如，上述的實施例是為了幫助對於本發明的理解而詳細說明者，並非一定是被限定於具備說明的全部的構成者。又，可將某實施例的構成的一部分置換成其他的實施例的構成，又，亦可在某實施例的構成中追加其他的實施例的構成。又，可針對各實施例的構成的一部分進行其他的構成的追加･削除･置換。
1:試料室
2:柱(鏡筒)
3:X平台
4:Y平台
5:試料台
6:試料
7:電子槍
7a:(電子槍的)配線
8:一次電子線
9:聚焦透鏡
10:掃描偏向器
11:對物透鏡
12:離子泵
20,30:振動抑制機構
21,31:慣性質量構件
21a,31a:可動子
21b,31b:固定子
21c,31c:X方向可動子
21d,31d:Y方向可動子
21e,31e:板簧
22a,22b:致動器
23a,23b:振動感測器
24:控制器
25:固定環
26:間隔件
100:荷電粒子線裝置
[圖1]是表示實施例1的荷電粒子線裝置的概略構成的剖面圖。
[圖2]是實施例1的振動抑制機構的立體圖。
[圖3]是實施例1的振動抑制機構的側面圖。
[圖4]是實施例1的振動抑制機構的平面圖(上面圖)。
[圖5]是圖4的A部擴大圖。
[圖6]是實施例2的振動抑制機構的立體圖。
[圖7]是實施例2的振動抑制機構的平面圖。
[圖8]是圖7的B部擴大圖。
1:試料室
2:柱(鏡筒)
3:X平台
4:Y平台
5:試料台
6:試料
7:電子槍
7a:(電子槍的)配線
8:一次電子線
9:聚焦透鏡
10:掃描偏向器
11:對物透鏡
12:離子泵
20:振動抑制機構
21:慣性質量構件
22a:致動器
23a:振動感測器
24:控制器
25:固定環
26:間隔件
100:荷電粒子線裝置
Claims (10)
- 一種荷電粒子線裝置，其特徵係具備：試料室，其係將成為觀察對象的試料收容於內部；鏡筒，其係被配置於前述試料室的上部，將從荷電粒子源產生的荷電粒子線照射至前述試料上掃描；及振動抑制機構，其係可裝卸地被設置於前述鏡筒，前述振動抑制機構，係具有：固定子，其係被固定於前述鏡筒；環狀的可動子，其係可移動地被支撐於與前述鏡筒的軸方向垂直的方向；複數的致動器，其係使前述可動子振動於與前述鏡筒的軸方向垂直的方向；複數的振動感測器，其係被固定於前述固定子；及控制器，其係按照前述振動感測器的輸出訊號來控制前述致動器，從軸方向看前述鏡筒時，前述可動子被配置於前述固定子的內側，前述致動器從外側設置於前述固定子。
- 一種荷電粒子線裝置，其特徵係具備：試料室，其係將成為觀察對象的試料收容於內部；鏡筒，其係被配置於前述試料室的上部，將從荷電粒子源產生的荷電粒子線照射至前述試料上掃描；及振動抑制機構，其係可裝卸地被設置於前述鏡筒，前述振動抑制機構，係具有：固定子，其係被固定於前述鏡筒； 環狀的可動子，其係可移動地被支撐於與前述鏡筒的軸方向垂直的方向；複數的致動器，其係使前述可動子振動於與前述鏡筒的軸方向垂直的方向；複數的振動感測器，其係被固定於前述固定子；及控制器，其係按照前述振動感測器的輸出訊號來控制前述致動器，從軸方向看前述鏡筒時，前述可動子被配置於前述固定子的外側，前述致動器從外側設置於前述可動子。
- 如請求項1或2記載的荷電粒子線裝置，其中，前述可動子，係對於前述固定子藉由低剛性的彈性構件來被支撐於前述致動器的動作方向，藉由前述致動器使前述可動子對於前述固定子振動來衰減在前述鏡筒產生的振動。
- 如請求項1或2記載的荷電粒子線裝置，其中，前述致動器，係具有：壓電元件；對前述壓電元件附加預壓而保護的盒；及從前述盒的一端突出輸出變位的前端部，前述前端部係藉由前述壓電元件而伸縮。
- 如請求項1或2記載的荷電粒子線裝置，其中，前述可動子的重心係位於前述複數的致動器的推力線的大略交點上。
- 一種振動抑制機構，係可裝卸地設置於 荷電粒子線裝置的鏡筒，抑制在該鏡筒產生的振動之振動抑制機構，其特徵係具備：固定子，其係被固定於鏡筒；環狀的可動子，其係可移動地被支撐於與前述鏡筒的軸方向垂直的方向；複數的致動器，其係使前述可動子振動於與前述鏡筒的軸方向垂直的方向；複數的振動感測器，其係被固定於前述固定子；及控制器，其係按照前述振動感測器的輸出訊號來控制前述致動器，前述可動子被配置於前述固定子的內側，前述致動器從外側設置於前述固定子。
- 一種振動抑制機構，係可裝卸地設置於荷電粒子線裝置的鏡筒，抑制在該鏡筒產生的振動之振動抑制機構，其特徵係具備：固定子，其係被固定於鏡筒；環狀的可動子，其係可移動地被支撐於與前述鏡筒的軸方向垂直的方向；複數的致動器，其係使前述可動子振動於與前述鏡筒的軸方向垂直的方向；複數的振動感測器，其係被固定於前述固定子；及控制器，其係按照前述振動感測器的輸出訊號來控制前述致動器，前述可動子被配置於前述固定子的外側，前述致動器 從外側設置於前述可動子。
- 如請求項6或7記載的振動抑制機構，其中，前述可動子，係對於前述固定子藉由低剛性的彈性構件來被支撐於前述致動器的動作方向，藉由前述致動器使前述可動子對於前述固定子振動來衰減在前述鏡筒產生的振動。
- 如請求項6或7記載的振動抑制機構，其中，前述致動器，係具有：壓電元件；對前述壓電元件附加預壓而保護的盒；及從前述盒的一端突出輸出變位的前端部，前述前端部係藉由前述壓電元件而伸縮。
- 如請求項6或7記載的振動抑制機構，其中，前述可動子的重心係位於前述複數的致動器的推力線的大略交點上。
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