TWI594288B - 電子顯微鏡 - Google Patents

Description

電子顯微鏡

本發明是有關一種電子顯微鏡，特別是有關於一種檢測液體或浸潤於液體之待測物的電子顯微鏡。

在目前的半導體製程，例如洗滌、光阻移除、電鍍、蝕刻、研磨等需使用液體的製程中，通常需待整個製程結束後方能得知製程結果，若能於製程期間即時檢測液料本身的劣化程度或液料與待反應物的作用是否成功，則應可更加精準的控制製程過程，提高良率。

然而，傳統的帶電粒子束分析設備需處於真空環境下，對於液體或是含水樣品的觀測具有一定的限制，亦無法解析浸潤於液體環境的基材。而光學檢測雖然不受限於真空環境的要求，但受限於光學波長，解析度不易下降至100nm以下，即便使用動態散射光等非直接影像式分析，亦無法達到20nm以下的解析度，因此無法滿足半導體產業所需要的原物料檢驗的需求。承上所述，若能發展可分析液體中懸浮顆粒與浸潤液體環境基材且解析度良好的製程檢驗方法，應可達到提升製造效率的效果。

本發明提供一種電子顯微鏡，包含：帶電粒子束產生器，其用以產生第一帶電粒子束以轟擊待測物；偵測器，其用以偵測來自該待測物之第二帶電粒子以形成影像；薄膜，其設置於帶電粒子束產生器之下游側，且具有第一表面以及第二表面，其中帶電粒子束產生器以及薄膜之第一表面之間為真空環境；承載單元，其設置於薄膜之第二表面側，且具有承載表面以及背面，其中待測物設置於承載單元之承載表面，使待測物之待測表面與薄膜之距離小於一預定間距，且待測表面與薄膜之間具有液體空間，以充填液體。其中薄膜以及承載單元可彼此相對移動，以調整薄膜以及承載單元間之距離

較佳地，薄膜以及承載單元以可分離的方式連接，並形成一密閉容器。

較佳地，薄膜以及承載單元可彼此螺合連接，以形成密閉容器。

較佳地，承載單元可與推桿連接，且推桿推動承載單元相對於薄膜移動。

較佳地，薄膜以及帶電粒子束產生器連接，以形成真空環境。

較佳地，液體空間具有液體入口以及液體出口。

較佳地，流經待測物之液體的流速小於500mm/s。

較佳地，本發明之電子顯微鏡更包含驅動單元，其用以驅動薄膜以及承載單元至少其中之一移動，以調整薄膜以及承載單元間之距離。

較佳地，本發明之電子顯微鏡更包含驅動單元，其用以驅動該薄膜及該帶電粒子束產生器平行於該承載單元移動。

較佳地，本發明之電子顯微鏡更包含溫控單元，其設置於承載單元之背面，以調整待測物至一預定溫度。

較佳地，溫控單元包含流道，其通過承載單元之背面，以導引熱傳介質流經承載單元之背面。

較佳地，預定間距小於該第一帶電粒子束於該液體中的射程。

較佳地，預定間距範圍為1nm~5mm。

較佳地，薄膜之材料包含半導體氮化物、半導體氧化物金屬氧化物、高分子材料或石墨、石墨烯。

較佳地，承載單元之材料包含金屬、氮化物或矽化物之至少其中之一。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

10‧‧‧帶電粒子束產生器

11‧‧‧第一帶電粒子束

12‧‧‧第二帶電粒子

20‧‧‧偵測器

30、301‧‧‧薄膜

31‧‧‧第一表面

32‧‧‧第二表面

311、411‧‧‧側壁

40、401‧‧‧承載單元

41‧‧‧承載表面

42‧‧‧背面

50‧‧‧待測物

51‧‧‧待測表面

60‧‧‧液體空間

61‧‧‧液體入口

62‧‧‧液體出口

70‧‧‧推桿

71‧‧‧O型環

80‧‧‧驅動單元

90‧‧‧溫控單元

91‧‧‧熱傳介質

100、110‧‧‧電子顯微鏡

101‧‧‧螺紋結構

200、300‧‧‧真空腔室

D、D1、D2、D3、D4、D5‧‧‧預定間距

圖1為根據本發明一實施例之電子顯微鏡的示意圖。

圖2A及圖2B為根據本發明一實施例之調整薄膜及承載單元之間距的示意圖。

圖3A及圖3B為根據本發明另一實施例之調整薄膜及承載單元之間距的示意圖。

圖4為根據本發明又一實施例之調整薄膜及承載單元之間距的示意圖。

圖5為根據本發明一實施例之具有真空環境之電子顯微鏡的示意圖。

圖6A為根據本發明另一實施例之具有真空環境之電子顯微鏡的示意圖。

圖6B為圖6A之電子顯微鏡應用於連續式製程的示意圖。

圖7為根據本發明又一實施例之電子顯微鏡的示意圖。

圖8為根據本發明一實施例之具有溫控單元之電子顯微鏡的示意圖。

以下將詳述本發明之各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細說明之外，本發明亦可廣泛地施行於其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本發明之範圍內，並以申請專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免對本發明形成不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。

請參閱圖1，本發明之電子顯微鏡100包含帶電粒子束產生器10，用以產生第一帶電粒子束11以轟擊待測物50；偵測器20，用以偵測來自待測物50之第二帶電粒子12以形成影像(圖未示)。舉例而言，第二帶電粒子12可為二次電子(secondary electron)或背散射電子(back scattered electron)等。薄膜30，其設置於帶電粒子束產生器10之下游側，且具有第一表面31以及第二表面32，其中帶電粒子束產生器10以及薄膜30之第一表面31之間為真空環境；承載單元40，其設置於薄膜30之第二表面側32，且具有承載表面41以及背面42，其中待測物50設置於承載單元40之承載表面41上，使待測物50之待測表面51與薄膜30之距離小於預定間距D，且待測表面51與薄膜30之間具有液體空間60，以充填液體。其中，承載單元之材料包含金屬、氮化物、氧化物、高分子材料、碳化物或矽化物之至少其中之一。

需注意的是，該液體空間並不限於僅存在液體，其可僅存在氣體、同時存在液體及氣體或為真空狀態。舉例而言，在分析製程前，該空間中可充滿氣體，或於液體注入的過程中同時存在液體及氣體；在分析製程中，該空間可全部填充液體；在製程反應過程中，可能有反應氣體產生而使空間中包含液體及氣體；在製程結束排空液體後，於下個製程開始其間可將該空間抽為真空。

另外，在本發明中，承載單元上之待測物與薄膜之的預定間距大小與第一帶電粒子束的能量具有相關性。藉由蒙地卡羅演算法，可計算第一帶電粒子束進入液體介質中的能量耗損，進而預測第一帶電粒子束於液體介質中的射程(亦即，由入射到停止的總路程)。據上所述可了解，當預定間距過長時，第一帶電粒子束可能於液體中被抵銷而無法轟擊待測物，因此，預定間距應小於第一帶電粒子束於液體介質中的射程。此外，第一帶電粒子束轟擊待側物後所產生的第二帶電粒子之能量可能小於第一帶電粒子束，其於液體介質中的射程亦較小，為有利於第二帶電粒子穿過液體介質而被偵測器偵測，該預定間距較佳地應小於第二帶電粒子於液體介質中的射程。可以理解的是，偵測器可設置於液體中以偵測第二帶電粒子。在本發明之一實施例中，該預定間距的範圍可為1nm~5mm。另外，該預定距離可依照所需焦距大小，藉由移動薄膜或承載單元而進行調整，此將於後文中詳細說明。

需注意的是，於本發明中是將偵測器20是例示性地繪示於與帶電粒子產生器10同一側；然而本發明並不以此為限，偵測器亦可與帶電粒子產生器位於不同側，偵測穿透待測物的帶電粒子以形成影像。

在本發明之一實施例中，薄膜及承載單元以可分離的方式連接，並形成密閉容器。舉例而言，請參閱圖2A及圖2B，薄膜301可設置於一蓋體302，而蓋體302之兩側具有向下延伸之兩側壁311，而承載單元401之兩側可具有向上延伸之兩側壁411，而蓋體302之兩側壁311與承載單元401之兩側壁411可彼此相 互對應。舉例而言，如圖2A及圖2B所示，側壁311及側壁411可具有相互對應之螺紋結構101，使得薄膜301與承載單元401可彼此螺合連接以形成一密閉空間。於此，當蓋體302朝相反於裝載有待測物之承載單元401的方向螺旋移動，或朝向承載單元401之方向螺旋移動時，可調整薄膜301與待測物50之間的預定間距D1及D2，以使第一帶電粒子束11可轟擊待測物50，而第二帶電粒子12可穿過薄膜301而被偵測器20所偵測。值得注意的是，在本發明中，薄膜301之側壁311及承載單元401之側壁411是例示性的繪示為螺紋結構101，然而本發明並不僅限於此，其可為任何彼此對應可互相卡合及分離之圖樣。

在本發明之另一實施例中，承載單元可與推桿連接以用於調整預定間距。請參閱圖3A及圖3B，承載單元401可與推桿70相互連接，當推桿70將裝載有待測物之承載單元401朝向薄膜301之方向移動，或朝向相反於薄膜301之方向移動時，可調整薄膜301與待測物50之間的預定間距D3及D4。其中，可更設置O型環71於推桿70與承載單元401之接合處，以達到密合之功效。需注意的是，在本發明中是使用O型環將推桿與承載單元相互密合，然本發明並不限於此，推桿亦與承載單元亦可具有相互卡合即分離的圖樣，例如具有螺紋結構，推桿可藉由螺旋移動的方式將裝載有待測物之承載單元朝向薄膜之方向移動，或朝向相反於薄膜之方向移動。

在本發明之又一實施例中，請參閱圖4，可更包含一驅動單元80以驅動薄膜30以及承載單元40至少其中之一移動，或驅動薄膜30以及承載單元40彼此相對移動，藉此以調整薄膜30以及承載單元40間之間距D5。驅動單元80亦可用於驅動薄膜30及帶電粒子束產生器10平行於承載單元40的方向移動，其可使薄膜連同帶電粒子束產生器10相對於承載單元40進行橫向移動，以移動至待測物的另一個檢測區域進行檢測，以實現多點檢測之功效。

請參閱圖5，在本發明之一實施例中，電子顯微鏡110可更包含一真空腔室200，其中，薄膜301及承載單元401所形成密閉容器設置於真空腔室200中，以使帶電粒子束產生器10與薄膜301之間為真空環境。而在另一實施例中，參閱圖6A，薄膜30可藉由適當元件與帶電粒子束產生器10彼此連接以形成一真空腔室300，藉以形成帶電粒子束產生器10與薄膜301之間的真空環境。一般的帶電粒子束分析設備的樣品需處於真空環境中，對於液體或含水樣品的觀測距有一定的限制，而本發明藉由上述配置，僅有在帶電粒子束產生器及薄膜之間為真空環境，因此可有效地應用於液體或含水樣品的檢測。根據另一實施例中，本發明之電子顯微鏡可更應用於連續式製程。如圖6B所示，多個電子顯微鏡可依序地排列成行，其可用於檢測大型的待測物50，例如大型晶圓等。

根據本發明之另一實施例，待測物50與薄膜30之間的液體空間60可具有液體入口61以及液體出口62，可提供液體空間60中的液體流動。換言之，本發明亦可於製程中即時檢測待測物50。較佳地，流經待測物之液體之流速可小於500mm/s，以防止薄膜破損。

根據本發明之又一實施例，電子顯微鏡可更包含溫控單元90，其設置於承載單元40之背面42，用以調整待測物50至預定溫度。舉例而言，溫控單元90可包含流道，其通過承載單元40之背面42，以導引熱傳介質91流經承載單元40之背面42，藉此調整待測物50之溫度。但不限於此，設置加熱線圈等溫控元件於承載單元40之背面42亦可達到溫控的目的。

本發明之電子顯微鏡可偵測液體中的懸浮顆粒及浸潤於液體環境之基材，其可應用於a)液體進料檢查，例如檢查光阻/化學品/純水等液態原材料的不純物或分散相之均勻性，以避免物料雜質或分散相聚集而造成損失。b)製程中液料檢查，可期動態記錄檢驗研磨液在使用中的劣化狀態，避免研磨成分改變造成良率下降，以最佳化更換研磨液的時間，進而減少費用。c)浸潤於液體的 基材檢查，舉例而言，在晶圓的顯影、蝕刻、電鍍、洗滌過程中，可不需將晶圓脫離液面或乾燥過程即可檢測晶圓上的線寬與圖案變化、動態紀錄洗滌過程對表面不純物移除的效果、監測蝕刻過程氣泡產生與移除過程、分析電鍍過程金屬成長或不正確堆積情形等，進而提高製程良率及縮短反覆乾燥檢測的時間。

除了半導體製程之外，本發明之電子顯微鏡鏡可應用於生醫產業以觀察藥劑或添加劑溶於液體中的懸浮粒粉或浸潤於培養液中的生物樣本(如生物組識、敷料或人工醫材等)。本發明之電子顯微鏡液可用於製造業，例如檢測使用後潤滑油品的添加顆粒變化、偵測有機溶液中漿料混合粉粒的尺寸分佈與分散性。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

10‧‧‧帶電粒子束產生器

11‧‧‧第一帶電粒子束

12‧‧‧第二帶電粒子

20‧‧‧偵測器

30‧‧‧薄膜

31‧‧‧第一表面

32‧‧‧第二表面

40‧‧‧承載單元

41‧‧‧承載表面

42‧‧‧背面

50‧‧‧待測物

51‧‧‧待測表面

60‧‧‧液體空間

100‧‧‧電子顯微鏡

D‧‧‧預定間距

Claims (15)

1. 一種電子顯微鏡，包含：一帶電粒子束產生器，其用以產生一第一帶電粒子束以轟擊一待測物；一偵測器，其用以偵測來自該待測物之一第二帶電粒子以形成一影像；一薄膜，其設置於該帶電粒子束產生器之一下游側，且具有一第一表面以及一第二表面，其中該帶電粒子束產生器以及該薄膜之該第一表面之間為一真空環境；以及一承載單元，其設置於該薄膜之該第二表面側，且具有一承載表面以及一背面，其中該待測物設置於該承載單元之該承載表面，使該待測物之一待測表面與該薄膜之距離小於一預定間距，且該待測表面與該薄膜之間具有一液體空間，以充填一液體；其中該薄膜以及該承載單元彼此相對移動，以調整該薄膜以及該承載單元間之距離。
2. 如請求項1所述之電子顯微鏡，其中該薄膜以及該承載單元以可分離的方式連接，並形成一密閉容器。
3. 如請求項2所述之電子顯微鏡，其中該薄膜以及該承載單元彼此螺合連接，以形成該密閉容器。
4. 如請求項2所述之電子顯微鏡，其中該承載單元與一推桿連接，且該推桿推動該承載單元相對於該薄膜移動。
5. 如請求項1所述之電子顯微鏡，其中該薄膜以及該帶電粒子束產生器連接，以形成該真空環境。
6. 如請求項1所述之電子顯微鏡，其中該液體空間具有一液體入口以及一液體出口。
7. 如請求項1所述之電子顯微鏡，其中流經該待測物之該液體之流速小於500mm/s。
8. 如請求項1所述之電子顯微鏡，更包含：一驅動單元，其用以驅動該薄膜以及該承載單元至少其中之一移動，以調整該薄膜以及該承載單元間之距離。
9. 如請求項1所述之電子顯微鏡，更包含：一驅動單元，其用以驅動該薄膜及該帶電粒子束產生器平行於該承載單元移動。
10. 如請求項1所述之電子顯微鏡，更包含：一溫控單元，其設置於該承載單元之該背面，以調整該待測物至一預定溫度。
11. 如請求項10所述之電子顯微鏡，其中該溫控單元包含一流道，其通過該承載單元之該背面，以導引一熱傳介質流經該承載單元之該背面。
12. 如請求項1所述之電子顯微鏡，其中該預定間距小於該第一帶電粒子束於該液體中的射程。
13. 如請求項1所述之電子顯微鏡，其中該預定間距範圍為1nm~5mm。
14. 如請求項1所述之電子顯微鏡，其中該薄膜之材料包含半導體氮化物、半導體氧化物、金屬氧化物、高分子材料或石墨、石墨烯。
15. 如請求項1所述之電子顯微鏡，其中該承載單元之材料包含金屬、氮化物、氧化物、高分子材料、碳化物或矽化物之至少其中之一。