具有預定的最終壓力的粒子光學儀器的製作方法

2023-05-31 02:45:16 4

專利名稱：具有預定的最終壓力的粒子光學儀器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種粒子光學儀器，具有一個用於容納待檢樣品的真空室，該真空室工作時由一臺與其相連接的真空泵抽真空至最終壓力，一個向該真空室輸入氣體或蒸氣的裝置，該氣體或蒸氣是由一個具有已知壓力的容器供給的。
上述真空泵與上述真空室相連接呈現第一氣體電導率，和用於供給氣體的裝置呈現第二氣體電導率。
背景技術：
歐洲專利申請EP 0969494 A1公開過這一類粒子光學儀器。
這種儀器被稱為例如SEM(掃描電子顯微鏡)，並用於例如半導體工業以檢查和/或分析取自晶片的樣品。在SEM中，一種呈高能(例如10千電子伏特)電子束形態的束射線聚焦在樣品上並對樣品進行掃描，結果，從射線束衝擊樣品的區域發出二次輻射線例如二次電子、背散射電子(back scattered electrous)和X射線。採用合適的檢測器檢測上述的二次輻射線，從而獲得關於該樣品的(與位置相關的)信息。
上述的樣品可以是導電的或絕緣的，或者樣品含有絕緣部分。由於樣品受到粒子例如高能電子的照射，絕緣的樣品或樣品的絕緣部分也會帶電。這種帶電會干擾樣品的分析和/或檢查，因為它會使投射的射線束偏轉，從而使射線束的空間定位發生錯誤。上述的帶電也會影響樣品中的二次輻射，例如影響到其發射出的二次電子的量，從而改變所測信號的振幅。
當一種氣體被送到樣品附近時，衝擊樣品的射線束和二次輻射線都會使該氣體發生電離。由這樣電離產生的電子和離子將會中和樣品上的電荷。這在對含有中和氣體的容器施加一個電場的情況下尤其有效。因為這會引起氣體增加，從而增多可用於中和樣品上的電荷的電子和離子的量。
上面提到的EP 0 969 494 A1公開過一種粒子光學儀器，它具有一個將粒子束聚焦在樣品上的粒子光學柱管。用一根氣管將惰性氣體引到射線束衝擊在樣品上的區域。在上述柱管與真空室之間設置一個差壓抽氣孔，以便使儀器在真空室和柱管中以不同的真空度進行工作。這就在樣品附近形成了氣體壓力和壓力差。
上述專利申請在其一個實施例中還描述了一種檢測器，該檢測器在樣品與檢測器之間形成一個電場，從而引起上述的氣體的電荷倍增，並增強了電荷的中和。
上述專利申請在其 段末尾提到通過以從樣品室抽出的氣體量來平衡進入樣品室的氣流量以保持真空梯度值。上述專利申請在其 段的末尾還提到可以用一種閥來調節供給氣體所用的壓力。但是，上述專利申請既沒有說明如何測定正確的壓力和/或壓力差，也沒有說明用於調節氣流量的準則。
正如技術人員所知，輸入氣體的壓力對於從二次輻射線獲得圖象對比度具有重要意義，在這方面請見M.Toth等人的論文《關於低真空掃描電子顯微術中電子-離子複合的作用》，J.of Microscopy，Vol.205(2002.1)，P86～95，更具體地，見P90，圖6。
技術人員也知道，電子束在壓力超過例如0.7毫巴(1託)的氣體中穿過幾個毫米會使電子散射到主射線束之外，以致使電子束在其衝擊樣品的區域發生明顯的束徑變大，從而降低了儀器的解析度。在這方面，請看C.Mathieu的論文《在可變真空度的掃描電子顯微術中射線束-氣體和信號-氣體的相互作用》，Scanning Microscopy，Vol.13(1999)，No.1，P23～41，更具體地見圖6。
因此，重要的是掌握正確的氣體壓力，該氣體壓力是在射線束徑不發生過度變化的情況下充分去除電荷時的氣體壓力。
已經通過用真空測量儀測量樣品室內的壓力並通過調節漏洩閥的電導率按閉合環路控制輸入氣體的量弄清了樣品室內氣體壓力的調節原理，並應用於例如ESEM(環境掃描電子顯微鏡)。
上述的EP 0 969 494 A1公開的儀器的缺點是其測量和控制系統相當笨重，妨礙了這種儀器的小型化。

發明內容
本發明的目的是提供一種至少可以克服上述的部分缺點的粒子光學儀器。
為此，本發明的特徵在於，上述的第一電導率除以上述的第二電導率的比率是一個被校準比率，該比率被校正到這樣一個值，使該真空室具有預定的最終壓力。
通過校準第一電導率除以第二電導率的比率，該氣體或蒸氣的壓力將隨供給氣體或蒸氣的容器的壓力(線性地)改變。本文所用的「校準」就是「預先調節到預定的值」。如果知道了該容器的壓力(例如等於大氣壓力)，那麼真空室的壓力也就知道了。這就不需要真空測量儀、受控漏洩閥和封閉環路，從而使裝置不那麼笨重。
第一電導率(從真空室至真空泵，以1/s為單位來表示)的絕對值以及第二電導率(為比率被校準時)的絕對值決定了對真空室抽真空所需的時間。
(2)在本發明的粒子光學儀器的一個實施例中，真空泵的最終壓力比真空室的最終壓力至少低5倍。
真空室的最終壓力也取決於真空泵的最終壓力，當真空泵的最終壓力比真空室的最終壓力至少低5倍時，真空泵的最終壓力的微小變化(例如由於泵內所用流體的溫度變化造成的變化)可以忽略不計。
(3)在本發明的粒子光學儀器的另一個實施例中，真空室由一種真空密封件的大氣密封，該密封件會產生漏洩，供給氣體或蒸氣的裝置所供給的氣體或蒸氣的量應大於通過真空密封件的漏洩量。通過真空密封件的漏洩可造成真空室內壓力變化。選擇比通過真空密封件漏洩的電導率大得多的第一電導率(從真空室至真空泵的傳導率)，可使真空室的壓力主要取決於輸入的氣體量，從而使通過真空密封件的漏洩只產生很小的影響。
選擇大的第二電導率的附加好處在於，發生任何的樣品除氣現象對於真空室的壓力都只有微不足道的影響。
(4)在本發明的粒子光學儀器的再一個實施例中，供給氣體或蒸氣的裝置所供給的氣體或蒸氣的量至少為通過真空密封件的漏洩量的5倍。
(5)在本發明的粒子光學儀器的又一個實施例中，所述的預定的壓力是介於0.1毫巴與50毫巴之間的預定壓力。
壓力約為0.1毫巴以上就會使樣品去除電荷。
幾個毫巴至50毫巴之間的分壓力可在冰融化溫度至室溫的溫度範圍內在不使樣品脫水的真空內觀察樣品，這對於分析例如生物體的組織時是特別有用的。
(6)在本發明的粒子光學儀器的又一個實施例中，供給氣體或蒸氣的容器的壓力是大氣壓力。
(7)在本發明的粒子光學儀器的又一個實施例中，供給氣體或蒸氣的容器與真空泵的入口相連接。
通過對供給氣體或蒸氣的容器抽真空，就可以採用直徑為1毫米的孔，這就使節氣閥不大容易發生例如阻塞現象，而在使用從大氣壓力下供給氣體或蒸氣時所需的那種直徑小得多的光闌時卻容易發生上述現象。
值得注意的是，許多的泵(例如薄膜泵)都具有精確規定的最終壓力，人們已知該壓力在例如2倍的壓力範圍內(意思是，用這類泵達到的最低的最終壓力與最高的最終壓力相差不到2倍)，因此，可對供給氣體或蒸氣的容器抽真空至已知的壓力。
還要注意到，粒子光學儀器常要求粒子發射體附近的壓力為例如10-5毫巴，常常採用多級的抽空方案來達到上述壓力，其中，高真空泵(例如多級渦輪分子泵)的出口與所謂的預真空泵的入口相連接。當採用例如薄膜泵時預真空泵入口處的壓力為例如10毫巴。
(8)在本發明的粒子光學儀器的又一個實施例中，供給氣體或蒸氣的容器也與另一臺泵的出口相連接。
通過將一種泵(例如用於對真空室抽真空的泵)的出口與對供給氣體或蒸氣的容器抽真空的泵的入口相連接，可使對真空室抽真空的泵屬於那種最終壓力比真空室低得多的泵類型。
(9)在本發明的粒子光學儀器的又一個實施例中，上述的蒸氣是水蒸汽。
當觀察在真空中另外脫水的樣品時，採用水蒸汽是有利的。
(10)在本發明的粒子光學儀器的又一個實施例中，上述的氣體是空氣。
(11)在本發明的粒子光學儀器的又一個實施例中，上述的樣品分析包括用帶電粒子束照射樣品。
(12)在本發明的粒子光學儀器的又一個實施例中，上述的帶電粒子束是聚焦的帶電荷粒子束。
(13)在本發明的粒子光學儀器的又一個實施例中，上述的帶電粒子束是電子束。
採用聚焦的電子束對樣品進行掃描，可產生解析度比普通光學顯微鏡高得多的樣品圖象。
(14)在本發明的粒子光學儀器的又一個實施例中，上述的帶電粒子束是離子束。
正如技術人員所知，聚焦的離子束會引起局部濺射，從而使被離子束照射的表面發生局部改變。
(15)在本發明的粒子光學儀器的又一個實施例中，所供給的氣體含有一種用於材料沉積的先質材料。
通過供給含有用於材料沉積的先質材料的氣體可實現局部的材料沉積。所述的先質材料是例如TEOS(原矽酸四乙酯，用於沉積SiO2)、C10H8(用於沉積碳)、W(CO)6(用於沉積鎢)，這些材料可被帶電粒子束分解，然後在樣品上形成局部沉積層。這種技術可用於例如通過局部沉積導電材料來改變半導體的電路。
(16)在本發明的粒子光學儀器的又一個實施例中，所供給的氣體是蝕刻性氣體。
通入蝕刻性氣體可以清除樣品的表面，然後檢查或分析原先不在表面的部位。
值得注意的是，已知許多的蝕刻性氣體對於用例如電子束或離子束照射的表面有強的蝕刻作用，例如XeF2，l2或H2O，在上述照射時它們分解成官能團，所形成的官能團會引起局部腐蝕。這種技術可用於例如通過局部去除導電材料來改變半導體電路。
附圖簡述下面按照附圖來說明本發明，圖中相當的標號呈現相應的零部件。


圖1簡單示出本發明的一種粒子光學儀器，其中，輸入真空室的氣體來自一個處於大氣壓力下的容器。
圖2簡單示出本發明的一種粒子光學儀器，其中，輸入真空室的氣體來自一個處於負壓下的容器。
優選實施例說明圖1簡單示出本發明的一種粒子光學儀器，其中，輸入真空室的氣體來自一種處於大氣壓力下的容器。
安裝在真空室104上面的粒子光學柱管102產生一種呈聚焦電子束狀態的帶電粒子束112。上述的粒子光學柱管102由例如真空泵(未示出)來抽真空，並由控制器106加以控制。電子被聚焦在安放樣品114的真空室內的樣品位置附近。上述控制室106也控制聚焦電子束對樣品的掃描。以二次電子檢測器形式的檢測器108探測來自樣品114的二次輻射，檢測器108的信號傳輸到控制器106，在這裡進行處理並將其轉換成可顯示樣品114的圖象的監控器110的信號。技術人員所知的上述二次電子檢測器是例如背散射電子檢測器，Everhart-Thornley檢測器和氣態二次電子檢測器。
真空室104通過軟管132和泵頸縮134與真空泵130相連接，這些抽真空裝置的電導率由C11/s值來量化。
真空室104也與供給氣體或蒸氣的裝置120相連接。該供給氣體或蒸氣的裝置120包含一個漏洩閥122、一根毛細管124和一個孔126。這些供氣裝置120的電導率以C21/s值來量化，它從具有已知壓力的容器128供出氣體或蒸氣，所述的容器128裝有處於大氣壓Patm下的空氣與水蒸汽的混合物。假定泵的最終壓力比真空室的最終壓力低得多，那麼真空室的最終壓力Pcham應為Pcham＝(C2/C1)·Patm式中的C2/C1值可通過例如校準漏洩閥的電導率來校準，或者也可通過選擇合適的毛細管124的長度來校準。所述的校準可在製造過程中在工廠進行校準，或者在使用現場進行。
校準時可臨時將一個真空測量儀與真空室104相連接。通過例如從真空室暫卸下粒子光學柱管102並通過通常由粒子光學柱管佔據的孔連接上述的真空測量儀，就可使校準工作簡化進行。作為一個替代方案，校準工作可通過仿製能足夠精確地控制C1和C2的零件來進行，例如採用具有已知長度和內徑的毛細管作為管道，和/或採用具有已知小孔尺寸的孔。
值得注意的是，雖然這裡所說的供給氣體或蒸氣的容器是處於大氣壓力下的容器，但是也可以將它做成盛有已知壓力下的氣體或蒸氣的氣密密封的容器。
圖2簡單示出本發明的一種粒子光學儀器，其中供給真空室的氣體來自一個負壓下的容器。可將圖2看作是從圖1衍生而來。由泵206、204和202的級聯通過真空管222對粒子光學柱管102抽真空。要指出的是，這些泵可以是獨立的泵，但是，也可將兩個或多個泵組合成一個機械泵組，例如泵202是獨立的預真空泵，而泵204和206則是兩組多級渦輪分子泵。
泵202將氣體從容器B泵送至處於大氣壓下的場合A。容器B的壓力十分穩定，因為這主要取決於所謂的泵202的壓縮比或返流量例如100倍，從而使容器B的壓力穩定在10毫巴，同理，泵204以例如100倍的壓縮比將氣體從容器C泵送至容器B，從而使容器C的壓力穩定在0.1毫巴。最後，泵206對粒子光學柱管抽真空至工作壓力為例如10-5毫巴。
來自容器B的氣體會通過縮頸(孔)210經軟管220漏入真空室104，而真空室104同時由泵204通過軟管220和節氣閥(孔)212抽真空。上述節氣閥的電導率之比要校準到其值可使真空室104的最終壓力達到所需壓力例如0.5毫巴。
要注意的是，從容器C泵送至容器B的氣體量將強烈影響容器B的壓力，因為該壓力主要取決於泵202的最終壓力，供給的氣體是形成泵202的最終壓力的氣體。
還應注意到，從處於負壓下的容器例如容器B供給氣體或蒸氣，便可以使用節氣閥，這比較從大氣壓力下供給空氣要不那麼容易發生例如阻塞現象，因為在此情況下達到一定的漏洩率(以巴·1/s為單位來表示)具有比在大氣壓力下供給氣體或蒸氣高得多的電導率(以1/s為單位來表示)，而採用例如較大的孔和/或較大的毛細管直徑可達到那麼高的電導率，這就不大容易發生例如阻塞的情況。
值得一提的是，雖然從上面所述來看，電導率的絕對值似乎不重要，其實並非這樣。對於快速抽空時間來說，重要的是泵的電導率應是高的電導率，而且該電導率必須高到足以抑制任何向真空室的漏洩，這一點在採用例如滑動支承座作為真空密封時尤其重要，因為這種類型的密封比用例如合成橡膠的密封有更大的漏洩。
作為一個類似方案，可採用含有兩個電阻器的分壓器雖然其分壓比僅取決於電阻之比，但是，時間常數(類似於抽氣時間)和漏洩電流(類似於真空洩漏率)的影響取決於兩個並聯電阻器的電阻。
圖3簡單示出本發明的粒子光學儀器的優選實施例。
圖3可看成是從圖2衍生的。其真空室具有一個可在下部105上滑動的上部107，該上部107和下部105一起構成真空密封件，這種滑動支承式的真空密封件是例如歐洲專利申請EP05076474中公開過的那種。真空室由泵204通過節氣閥(孔)212抽真空，呈聚焦電子束形態的帶電粒子束112也通過上述孔212進入真空室。通過毛細管供給來自容器B的氣體，所述的容器B與一種例如薄膜泵式的泵202相連接，該泵的最終壓力為例如10毫巴。
顯然，在不背離本發明範圍的情況下，可將許多的修改和變化應用於上面所述的各個實施例。
權利要求
1.一種粒子光學儀器，它具有一個用於容納待檢樣品(114)的真空室(104)，該真空室工作時由與其連接的真空泵(130，204)抽真空至最終壓力；一個用於將氣體或蒸氣輸入該真空室(104)的裝置(120)，該氣體或蒸氣是由一個具有已知壓力的容器128，B)供給的；上述真空泵與上述真空室相連接呈現第一氣體電導率，用於輸入氣體的裝置呈現第二氣體電導率；其特徵在於上述的第一電導率除以上述第二電導率的比率是一個被校準比率，該比率被校準到使真空室(104)具有預定的最終壓力的值。
2.根據權利要求1的粒子光學儀器，其特徵在於，上述真空泵(130，204)的最終壓力比上述真空室的最終壓力至少低5倍。
3.根據權利要求1或2的粒子光學儀器，其特徵在於，上述真空泵採用一真空密封件對大氣密封，由於該真空密封件會造成洩漏，故上述供給氣體或蒸氣的裝置輸入氣體或蒸氣的量要大於通過密封件的漏洩量。
4.根據權利要求3的粒子光學儀器，其特徵在於，上述的供給氣體或蒸氣的裝置供給氣體或蒸氣的量至少比流過上述密封件的漏洩量大5倍。
5.根據上述權利要求中任一項的粒子光學儀器，其特徵在於，上述的預定壓力為介於0.1至50毫巴之間的預定壓力。
6.根據上述權利要求中任一項的粒子光學儀器，其特徵在於，上述的供給氣體或蒸氣的容器的壓力為大氣壓力。
7.根據權利要求1～5中任一項的粒子光學儀器，其特徵在於，上述的供給氣體或蒸氣的容器與一臺真空泵的入口相連接。
8.根據權利要求7的粒子光學儀器，其特徵在於，上述的供給氣體或蒸氣的容器也與另一臺真空泵的出口相連接。
9.根據上述權利要求中任一項的粒子光學儀器，其特徵在於，上述的蒸氣是水蒸汽。
10.根據權利要求1～8中任一項的粒子光學儀器，其特徵在於，上述的氣體為空氣。
11.根據上述權利要求中任一項的粒子光學儀器，其特徵在於，上述樣品的分析包含用一帶電荷的粒子束照射上述樣品。
12.根據權利要求11的粒子光學儀器，其特徵在於，上述的帶電荷粒子束是一種聚焦的帶電荷粒子束。
13.根據權利要求11或12的粒子光學儀器，其特徵在於，上述的帶電粒子束是一種電子束。
14.根據權利要求11或12的粒子光學儀器，其特徵在於，上述的帶電荷粒子束是一種離子束。
15.根據權利要求11～14中任一項的粒子光學儀器，其特徵在於，上述的所供給的氣體含有用於材料沉積的先質材料。
16.根據權利要求11～14中任一項的粒子光學儀器，其特徵在於，上述的所供給的氣體包含蝕刻氣體。
全文摘要
本發明涉及一種具有預定的最終壓力的粒子光學儀器，為此，該儀器的真空室通過第一節氣閥與一個裝有處在已知壓力下的氣體或蒸氣的容器相連接，並通過第二節氣閥與真空泵相連接。通過調節與上述的節氣閥相關的兩個電導率的比率(校準比率)使真空泵的壓力達到預定的最終壓力。這樣，就不需要設置例如真空測量儀和控制裝置，從而使該儀器的結構更為緊湊。
文檔編號H01J37/00GK101013649SQ200710007999
公開日2007年8月8日 申請日期2007年2月1日 優先權日2006年2月1日
發明者H·N·斯林傑蘭德, W·R·諾爾斯 申請人:Fei公司