TWI891175B - 帶電粒子槍，及帶電粒子束裝置 - Google Patents

Abstract

提供一種當增大帶電粒子束的量時可抑制放出帶電粒子量的不穩定或帶電粒子軌道的偏離之帶電粒子槍，及帶電粒子束裝置。 此帶電粒子槍，具備：帶電粒子源，使帶電粒子產生；電極部，包含從前述帶電粒子源引出帶電粒子束的引出電極；電壓導入部，對前述電極部導入電壓；及溫度調整部，調整前述電極部的溫度。前述溫度調整部構成為，基於前述電極部的狀態的變化，調整前述電極部的溫度。

Description

帶電粒子槍，及帶電粒子束裝置

本發明有關帶電粒子槍，及帶電粒子束裝置。

半導體計測、檢查裝置市場中，增加晶圓的計測點數或觀察面積之需求在升高。尤其是在運用極紫外光的EUV微影中，必須做晶圓全面的觀察，而依照利用帶電粒子線裝置的檢查計測裝置，缺陷或尺寸的檢查一般需要數日~數十日。是故，半導體計測/檢查裝置中，要求使裝置的產量提升，並且長時間穩定地動作(電流變動1%以下)。

為了確保檢查計測裝置的產量的提升與長時間的穩定動作，要求能夠以大電流且穩定地放出帶電粒子束之帶電粒子束裝置。為此，帶電粒子束裝置中，要求能夠長時間穩定地放出大電流的帶電粒子束之帶電粒子槍(電流變動1%以下)。由這樣的觀點，為了穩定地放出大電流的帶電粒子束，專利文獻1中揭示一種技術，係事先將引出電極的周邊加熱，藉此防止電子激發脫附(Electron Stimulated Desorption：以下ESD)氣體。

然而，當增大從帶電粒子源放出的帶電粒子束的量的情形下，電子會照射至高電壓的引出電極或調節電流量的電極，因此電極產生發熱，而有放出的帶電粒子束的量變得不穩定這一問題。又，由於從帶電粒子源朝向電極放出的帶電粒子束的量變化，發熱量會時時刻刻變化，電極的熱膨脹亦會時時刻刻變化。因此，放出的帶電粒子的軌道可能發生偏離。像這樣，當增大帶電粒子束的量的情形下，按照習知的技術不容易使放出的帶電粒子量穩定，而抑制軌道的偏離。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2014-107143號公報

本揭示提供一種當增大帶電粒子束的量時可抑制放出帶電粒子量的不穩定或帶電粒子軌道的偏離之帶電粒子槍，及帶電粒子束裝置。

本揭示之帶電粒子槍，具備：帶電粒子源，使帶電粒子產生；電極部，包含從前述帶電粒子源引出帶電粒子束的引出電極；電壓導入部，對前述電極部導入電 壓；及溫度調整部，調整前述電極部的溫度。前述溫度調整部構成為，基於前述電極部的狀態的變化，調整前述電極部的溫度。

按照本揭示，能夠提供一種當增大帶電粒子束的量時可抑制放出帶電粒子量的不穩定或帶電粒子軌道的偏離之帶電粒子槍，及帶電粒子束裝置。

101:電子源

102:引出電極

103:電子線

104:絕緣礙子

105:凸緣

106:腔室

107:電腦系統

108:加熱器

109:高壓電源

110:加熱器訊號用端子

111:電流電壓端子

112:離子泵浦

312:電壓導入電極

313:螺絲

414:加熱器托座

515:熱相儀

516:觀察口

617:應變計

718:電子源先端

719:側向放射

820:光圈

900:測長SEM

901:電子槍

904:X-Y平台

905:晶圓

906:電子束

907:靜電夾具

920:電腦系統

924:框體

925:高壓電源

926:一次電子加速電極

927:電子透鏡

928:光圈

929:掃描線圈

930:電子對物透鏡

931:二次電子

932:二次電子檢測器

933:晶圓搬送用升降機構

934:搬送機器人

935:載入室

936:晶圓匣

937:微環境

938:搬送機器人

939:表面電位計

1019:表

1020:圖表

1021:斜率

1022:截距(平移量)

1023:警告顯示

1024:引出電極102的施加電壓的值

1025:在引出電極102流通的電流的量

1026:引出電極102的溫度的時間微分值

1027:加熱器108的溫度

1028:動作狀態的判定結果

Ahp:(引出電極102的)部分

d:(引出電極102與電子源101之間的)距離

L:(引出電極的)高度

[圖1]示意第1實施方式之帶電粒子束系統的構成例的概略圖。

[圖2]示意第1實施方式之電子槍901的構成例的截面圖。

[圖3]示意引出電極102的電流量與施加電壓的積亦即輸出[W]、以及加熱器108的溫度之關係的表的例子。

[圖4]示意當將引出電極102與電子源101之間的距離d設為可變時的電場分析的結果的圖表。

[圖5A]示意第1實施方式的變形例。

[圖5B]示意第1實施方式的變形例。

[圖5C]示意第1實施方式的變形例。

[圖6]示意第2實施方式之電子槍901的構成例的截面圖。

[圖7A]示意第3實施方式之電子槍901的構成例的截面圖。

[圖7B]示意第3實施方式的變形例之電子槍901的構成例的截面圖。

[圖8]示意第4實施方式之電子槍901的構成例的截面圖。

[圖9]示意第5實施方式之電子槍901的構成例的截面圖。

[圖10]示意第6實施方式之電子槍901的構成例的截面圖。

[圖11]示意第7實施方式之電子槍901的構成例的截面圖。

[圖12]示意第7實施方式之電子槍901的構成例的截面圖。

[圖13]示意第7實施方式之電子槍中的引出電極102與光圈820的電壓比率以及電流變化率之關係的圖表。

以下參照所附圖面說明本實施形態。所附圖面中有時機能上相同的要素會以相同編號表示。另，所附圖面雖示意依循本揭示的原理之實施方式與實作例，但它們是用來理解本揭示，絕非用來限定性地解釋本揭示。本說明書的記述僅是典型的示例，未以任何意義限定本揭示之申請專利範圍或適用例。

本實施形態中，雖充分詳細地撰寫其說明以便所屬技術領域者實施本揭示，但其他建置、形態亦為可能，應當理解可不脫離本揭示的技術思想之範圍與精神而做構成、構造的變更或多樣要素的置換。是故，以下的記述不得限定解釋其字面。

以下的實施方式的說明中，示意將本揭示的帶電粒子槍(電子槍組件)適用於由使用了電子束的掃描電子顯微鏡(SEM：Scanning Electron Microscope)與電腦系統所構成的帶電粒子束系統(圖案計測系統)的例子。但，此實施方式不應被限定性地解釋，例如對於晶圓的缺陷檢查系統、使用離子束等的帶電粒子束的裝置、一般性的觀察裝置等，本揭示亦可被適用。

[第1實施方式]

圖1示意第1實施方式之帶電粒子束系統的構成例。本例中，帶電粒子束系統構成作為測長SEM900。測長SEM900，在框體924中具備可被維持高真空的電子槍901(帶電粒子槍)。另，本實施方式中作為帶電粒子的例子雖使用電子，但針對放出其他的帶電粒子之帶電粒子槍亦可應用。

測長SEM900，在框體924內除電子槍901外，構成為具備一次電子加速電極926、電子透鏡927、光圈928、掃描線圈929、電子對物透鏡930、二次電子檢測器932等。另，圖1中，以從側向觀看框體924及其內部構 造之截面圖來記述。

一旦從被維持高真空的框體924內保持的電子槍901放出電子作為帶電粒子，則被放出的電子會由於藉由高壓電源925而被施加了高電壓的一次電子加速電極926而受到加速。電子束906(帶電粒子束)，在聚焦用的電子透鏡927被聚焦。其後，電子束906的射束電流量在光圈928被調節。其後，電子束906在掃描線圈929被偏向，在試料亦即晶圓905(半導體晶圓)上二維地掃描。

電子對物透鏡930，配置於供晶圓905載置的靜電夾具907的正上方。電子束906在電子對物透鏡930被縮窄而做對焦，入射至晶圓905。一次電子(電子束906)入射之結果，在晶圓905產生的二次電子931會藉由二次電子檢測器932而被檢測。檢測出的二次電子的量，會反映試料表面的形狀，故基於二次電子的資訊能夠將表面的形狀圖像化。

晶圓905，在靜電夾具907上一面確保一定的平坦度一面被保持，而被固定於X-Y平台904上。晶圓905，藉由X-Y平台904驅動而可於X方向及Y方向任一方向自由地移動，而能夠藉由電子束計測晶圓905的表面內的任意位置。

X-Y平台904具備晶圓搬送用升降機構933。在晶圓搬送用升降機構933，裝入有可上下動作的彈性體。運用此彈性體，能夠對於靜電夾具907裝卸晶圓905。藉由晶圓搬送用升降機構933與搬送機器人934之協同動 作，能夠與載入室935(預備排氣室)間進行晶圓905的遞交。

以下說明將測定對象亦即晶圓905搬送至靜電夾具907時的動作。首先，將被設置於晶圓匣936的晶圓905，藉由微環境937(mini environment)的搬送機器人938搬入至載入室935。載入室935內，藉由未圖示的真空排氣系統而能夠抽真空及恢復大氣壓。藉由閥(未圖示)的開閉與搬送機器人934的動作，一面將框體924內的真空度維持在實用上沒有問題的水準，一面將晶圓905搬送至靜電夾具907上。

在框體924裝配有表面電位計939。表面電位計939，其高度方向的位置受到調節而被固定，以使從探針先端至靜電夾具907或晶圓905的距離成為適當，而能夠以非接觸方式測定靜電夾具907或晶圓905的表面電位。

測長SEM900，亦可具備控制電子槍901的電腦系統920。上述的測長SEM900的各構成要素，能夠運用泛用的電腦來實現。各構成要素，亦可作為在電腦上被執行的程式的機能而實現。圖1例子中，將控制系統的構成藉由電腦系統920而實現。電腦系統920，至少具備CPU(Central Processing Unit)等的處理器、記憶體等的記憶部、硬碟(包含圖像保存部)等的記憶裝置。又，例如亦可將電腦系統920構成作為多處理器系統。然後，亦可將框體924內的電子光學系統的各構成要素之控制以主處理器來實現。此外，亦可將X-Y平台904、搬送機器人934、 搬送機器人938及表面電位計939之控制以副處理器來實現。此外，亦可將用來基於藉由二次電子檢測器932檢測出的訊號而生成SEM像之圖像處理以副處理器來實現。

此外，電腦系統920能夠設計成具有用來讓使用者輸入指示等之輸入元件、與顯示用來輸入它們的GUI畫面及SEM圖像等之顯示元件。輸入元件，為能夠藉由使用者而輸入資料或指示之物，例如為滑鼠、鍵盤、語音輸入裝置等。顯示元件，例如為顯示器裝置。這樣的輸出入元件(使用者介面)，亦可為可做資料的輸入及顯示之觸控面板。

圖2為示意圖1的電子槍901的構成例的截面圖。此電子槍901具備被配置於腔室106內的肖特基電子源101(帶電粒子源)。腔室106在其上部具有凸緣105。凸緣105構成為被固定於腔室106的上部及絕緣礙子104，而將絕緣礙子104與腔室106之間的空間予以密封。如此，腔室106會藉由複數台的離子泵浦112而被排氣至1×10^-8~1×10^-9Pa的超高真空。

肖特基電子源101為藉由熱電子放射與電場放射而放出電子的電子源。肖特基電子源101，作為一例能夠使用安裝於U型(hairpin)鎢的先端之<001>結晶方位的鎢單晶。單晶的先端被銳化成直徑數百nm，在先端中央可配置(001)晶面。在鎢單晶的圓柱中央部附近設有鋯擴散供給源。來自鋯擴散供給源的鋯原子與氧原子會表面擴散至鎢單晶先端，藉此鎢單晶先端的(001)面的功函數會 降低至2.8eV。在此狀態下，將鎢單晶加熱至1600K~1900K程度，藉此便能夠對鎢單晶先端賦予電場而使其放出電子線103。

電子線103不僅會從鎢單晶先端的(001)面，也會從(100)面放出，從該些4個面放出的電子亦被稱為側向放射(side emission)。在電子源101裝配有用來抑制熱電子放射的一般稱為抑制器(suppressor)的電極。

電子源101運用電流電壓端子111而被固定於絕緣礙子104。絕緣礙子104如前述般被固定於凸緣105，凸緣105被固定於腔室106。在絕緣礙子104裝配有引出電極102。引出電極102例如為不鏽鋼材的圓筒形狀的電極。對於引出電極102，從高壓電源109透過電流電壓端子111施加電壓，藉此對電子源101施加例如數kV的電壓。

在引出電極102的側面，設置有用來將引出電極102的溫度維持在規定的溫度範圍之加熱器108。加熱器108透過被裝配於腔室106的加熱器訊號用端子110而連接至電腦系統107。來自電腦系統107的控制訊號透過加熱器訊號用端子110被發送至加熱器108，加熱器108構成為遵照此控制訊號而能夠使發熱量變化。電腦系統107透過電流電壓端子111而亦連接至引出電極102，而被設計成可監控引出電極102的電流值及電壓值。

一旦從電子源101放出電子線103，則電子線103會照射至高電壓的引出電極102、或調節電流量的電極(未圖示)。此高電壓與大電流會肇生電力，該些電極(電極 部)會發熱。由於此發熱而電極會熱膨脹，施加於電子源101先端或周邊的電場會變化，因此放出電子量可能發生不穩定。另，本說明書中有時將引出電極102、電流量的調節用的電極、抑制器等統稱為「電極部」。

電腦系統107基於在引出電極102流通的電流及施加於引出電極102的電壓而控制加熱器108，控制使其將引出電極102的溫度維持在規定的溫度範圍。作為一例，電腦系統107保持著圖3所示般的表，遵照此表而控制加熱器108。此表中，橫軸表示上述的電流量與施加電壓的積亦即輸出[W]，縱軸示意加熱器108的溫度。藉由求出得到的電流量與施加電壓的積，來辨明加熱器108的目標溫度，便能夠控制加熱器108。藉由加熱器108的溫度控制，引出電極102的溫度會落在規定的溫度範圍，而能夠抑制熱膨脹所造成的引出電極102的位移所伴隨之電子源101先端或其周邊的電場的變化。其結果，可抑制放出電流的不穩定或電子束軌道的偏離。引出電極102的變動溫度△T，當將引出電極102的材質的線膨脹係數訂為α，引出電極的高度訂為L，引出電極102與電子源101的距離訂為d的情形下，較佳是以在△T≦0.008d/Lα℃以內呈一定之方式進行控制。

圖4示意當將引出電極102與電子源101之間的距離d設為可變時的電場分析的結果。為了使電流變動成為1%以下，必須使引出電極102與電子源101之間的距離d的變化△d成為0.8%以下。為了使引出電極102與電子源 101之距離d的變化成為0.8%以內，引出電極102的高度的變化△L相對於距離d必須為0.8%以下。這是因為，溫度會變化的引出電極102必須以圍繞電子源101的形式配置，因而做成高度L的圓筒形狀。例如，當在引出電極102使用不鏽鋼材(SUS材)的情形下，SUS材的線膨脹係數為16×10^-6(℃^-1)，因此當L=10(mm)，d=0.5(mm)的情形下，為了使電流變動成為1%以下，必須使引出電極102的溫度變動在25℃以內呈一定。

加熱器108，若配置於引出電極102當中溫度梯度最大的場所，則最能獲得效果。加熱器108能夠使用陶瓷加熱器或線圈加熱器。藉由使用線圈加熱器，能夠防止因在加熱器108流通的訊號電流而產生的磁場將放出電子的軌道彎曲。線圈加熱器較佳是設計成例如以坡莫合金(permalloy)等的高導磁率材料圍繞。

引出電極102當中溫度梯度可能成為最大的場所，可能為滿足垂直於熱的傳熱方向，截面積小，表面積小，且靠近熱源這樣的條件的場所。例如，在圖2所示引出電極般，截面積略均一而局部的表面積亦略同一的引出電極中，料想靠近熱源即電子源101的場所是溫度梯度成為最大的場所。是故，圖2中將加熱器108設置於靠近電子源101的位置。

此外，作為變形例，將加熱器108分割成複數個而配置的方法亦為有效。圖5A、圖5B示意將加熱器108分割配置的情形(A~D)的構成例。藉由將加熱器108分 割，可將在各位置的熱進一步細膩地控制。又，如圖5B所示，引出電極102本體亦分割成複數部分，藉此亦可一面監控照射至被分割的電極的電流量，一面個別地做溫度調整。當因軸偏離等而射束擴散呈橢圓的情形下會發生不均一的熱膨脹，射束軌道可能從電子源101的中心軸偏離，惟藉由運用分割型的電極及加熱器，能夠更細膩地將熱膨脹保持均一，而可修正射束軌道的偏離。

上述例子中，說明了基於圖3所示引出電極102的溫度與輸出之關係來控制加熱器108，但亦可設計成取而代之地或除此之外地還基於控制表格或監控而得的電流值等的微分結果來控制加熱器108。

此外，亦可取代引出電極102的電流或電壓或除此之外地還檢測肖特基電子源101的抑制器等的其他電極的電流值、電壓值，根據該檢測結果來控制加熱器108的溫度。

以上的第1實施方式中，是運用加熱器108將引出電極102加熱，惟加熱器108亦可替換加熱機構或除此之外地還具有冷卻機構。冷卻機構的情形下，較佳是在引出電極102的溫度成為最高的部分的附近配置冷卻機構。冷卻機構的情形下亦如同(僅具有加熱機構的)加熱器108般，較佳是在滿足垂直於熱的傳熱方向的截面積小，表面積小，且靠近熱源即電子源101這樣的條件的場所配置冷卻機構。圖1的測長SEM900中，亦可採用同時使用加熱器(加熱機構)與冷卻機構之構成，全體而言只要電極部的溫 度設計成可調整即可。例如，當組裝有熱耐性低的零件的情形下，有時較佳是在該零件周邊配置冷卻裝置。

此外，作為另一變形例，亦可運用如圖5C所示般的GUI(Graphical User Interface)畫面來執行加熱器108所做的溫度的控制。如圖5C所示，GUI畫面作為一例，能夠設計成顯示偵測到的引出電極102的施加電壓的值1024、在引出電極102流通的電流的量1025、引出電極102的溫度的時間微分值(dA/dt)1026、加熱器108的溫度1027、動作狀態的判定結果(OK、NG等)1028等。此外，亦可設計成顯示示意引出電極102的溫度的變化的圖表1020。圖表1020能夠訂為依據將加熱器108的溫度以規定的時間間隔記錄至電腦系統107的結果而得者。

此外，亦能夠顯示推定引出電極102的溫度的表1019。又，為了微調整此表1019，亦可在GUI畫面上輸入示意電力量與電極溫度之關係的表的斜率1021及截距(平移量)1022。輸入例如能夠藉由設於電腦系統920的滑鼠或鍵盤等輸入裝置而進行。

此外，當引出電極102的溫度的時間微分值1026超出某一閾值的情形等，亦能夠在GUI畫面上顯示警告電子源的放出電流不穩之警告顯示1023。不僅是微分值，例如當規定的時間內有一定次數以上的溫度控制的情形下，亦能夠發出警告顯示1023，通知使用者電子槍901的狀態不穩定。如此，能夠防止在電子槍的狀態不穩定的情況下進行半導體圖案的檢查或測長，而在後續工程中出 現錯誤。

[第2實施方式]

接著參照圖6，示意第2實施方式之帶電粒子束系統的構成例。此第2實施方式亦如同第1實施方式般，說明帶電粒子束系統構成作為測長SEM900的情形為例。第2實施方式的測長SEM900的全體構成可和第1實施方式(圖1)同一，故省略重複的說明。如圖6所示，此第2實施方式係電子槍901的構成和第1實施方式相異。

此第2實施方式的電子槍901中，引出電極102藉由螺絲313等而被固定於用來對引出電極102導入電壓的電壓導入電極312，而和電壓導入電極312電性連接。電壓導入電極312被固定於絕緣礙子104的下端，連接至電流電壓端子111，從高壓電源109被施加高電壓。亦即，此第2實施方式中，引出電極102具有透過電流電壓端子111及電壓導入電極312而被施加高電壓的構造。

像這樣，此第2實施方式中，引出電極102在與電流電壓端子111之間具有電壓導入電極312，也就是說設計成電壓的施加部被分割成引出電極102及電壓導入電極312的構造。藉由採用這樣的分割構造，能夠使零件的製作或組裝變得容易。

對於引出電極102，從高壓電源109施加引出電壓。引出電極102與電壓導入電極312藉由螺絲313而被固定，兩者間的接觸面積被設計得較小。因此，引出電極 102的溫度容易變高而容易熱膨脹。為解決這一點，此第2實施方式中，在保持引出電極102的電壓導入電極312設置有加熱器108。如此，能夠做溫度控制，使得電壓導入電極312被加熱而減小引出電極102與電壓導入電極312的溫度差。

此第2實施方式中同樣地，加熱器108較佳是配置於引出電極102及電壓導入電極312當中溫度梯度最大的場所。例如，較佳是配置於連接引出電極102及電壓導入電極312的螺絲313的鄰近、或電極的材質變化的交界等的附近。加熱器108如同第1實施方式般，透過被裝配於腔室106的端子110而連接至電腦系統107。電腦系統107，對於保持引出電極102的電壓導入電極312亦藉由未圖示的電流/電壓偵測用配線而連接，而能夠監控電壓導入電極312的電流值及電壓值。

此第2實施方式的測長SEM900中，在使電子從電子源101放出的期間，引出電極102可能因在引出電極102及電壓導入電極312流通的電流及施加於引出電極102的電壓值而膨脹，發生位置偏離。鑑此，例如如圖3般，事先求出引出電極102的溫度與電流及電壓值的積之關係，基於此關係，基於得到的電流值及電壓值來控制加熱器108溫度。藉由加熱器108的溫度控制，能夠減小引出電極102與電壓導入電極312之間的溫度差，如此便能夠抑制熱膨脹所造成的引出電極102的位移。又，能夠抑制電子源101先端或其周邊的電場的變化，能夠抑制放出電流的 不穩定或電子束軌道的偏離。

[第3實施方式]

接著參照圖7A，示意第3實施方式之帶電粒子束系統的構成例。此第3實施方式亦如同第1實施方式般，說明帶電粒子束系統構成作為測長SEM900的情形為例。第3實施方式的測長SEM900的全體構成可和第1實施方式(圖1)同一，故省略重複的說明。如圖7A所示，此第3實施方式係電子槍901的構成和第1實施方式相異。

如圖7A所示，第3實施方式之電子槍901，設計成不使加熱器108直接接觸引出電極102的構造，這點和前述的實施方式相異。具體而言，加熱器108搭載於加熱器托座414(溫度調整部保持部)，其位於腔室106的內壁，而以非接觸方式貼近引出電極102而設置。加熱器108不直接接觸(非接觸)包含引出電極102在內的各種電極，而搭載於被固定於腔室106的內壁的加熱器托座414。加熱器108如同前述的實施方式般，能夠訂為使用線圈加熱器。

由於在加熱器108的線圈加熱器流通電流而會產生磁場，可能將從電子源101放出的電子束的軌道彎曲。因此，在加熱器托座414較佳是使用坡莫合金等的導磁率高的金屬構件。此外，為了防止腔室106的溫度上昇，亦能夠使斷熱材介於加熱器托座414與腔室106之間。

圖7B示意第3實施方式的變形例之電子槍901。此變形例，係具備從腔室106的內壁朝引出電極102 的下方延伸的平板形狀的加熱器托座414，加熱器108以不和引出電極102直接接觸的方式配置於此加熱器托座414的表面。此變形例中同樣地，亦可使斷熱材介於加熱器108與引出電極102之間。

[第4實施方式]

接著參照圖8，示意第4實施方式之帶電粒子束系統的構成例。此第4實施方式亦如同第1實施方式般，說明帶電粒子束系統構成作為測長SEM900的情形為例。第4實施方式的測長SEM900的全體構成可和第1實施方式(圖1)同一，故省略重複的說明。如圖8所示，此第4實施方式係電子槍901的構成和第1實施方式相異。

此第5實施方式之電子槍901，是構成為藉由熱相儀515來進行引出電極102的溫度計測，這點和前述的實施方式相異。在腔室106裝配有用來從外部觀察引出電極102的觀察口516。在此觀察口516的後方設置熱相儀515，能夠透過觀察口516以光學方式拍攝引出電極102，而監視引出電極102的溫度。例如，熱相儀515為用來以光學方式檢測引出電極102的溫度分布的裝置的一例，不限定於此。例如，亦可取代熱相儀而使用一般的光檢測器等。

[第5實施方式]

接著參照圖9，示意第5實施方式之帶電粒子束系統的 構成例。此第5實施方式亦如同第1實施方式般，說明帶電粒子束系統構成作為測長SEM900的情形為例。第5實施方式的測長SEM900的全體構成可和第1實施方式(圖1)同一，故省略重複的說明。如圖9所示，此第5實施方式係電子槍901的構成和第1實施方式相異。

如圖9所示，第5實施方式之電子槍901，具備連接至引出電極102的一部分例如底面的應變計617。藉由此應變計617，能夠計測電子線103的照射所引起的引出電極102的應變量，而控制加熱器108的溫度使得應變成為一定。除應變計617的計測結果外，還可如同前述的實施方式般一併計測引出電極102的電流或電壓，而利用於加熱器108的溫度控制。

[第6實施方式]

參照圖10，示意第6實施方式之帶電粒子束系統的構成例。此第6實施方式亦如同第1實施方式般，說明帶電粒子束系統構成作為測長SEM900的情形為例。第6實施方式的測長SEM900的全體構成可和第1實施方式(圖1)同一，故省略重複的說明。如圖10所示，此第6實施方式係電子槍901的構成和第1實施方式相異。

如圖10(a)所示，此第6實施方式之電子槍901的從側向觀看的形狀和第2實施方式略同一，惟如圖10(b)、(c)所示，引出電極102的底面的形狀和第2實施方式相異。肖特基電子源101的先端部分718，如放大圖即圖 10(c)所示，具有八角形的形狀。電子從此八角形的八面當中的四個面放出。從該些4個面放出的電子，亦被稱為側向放射719。從電子源101放出的電子線當中照射至引出電極102的主要是此側向放射719。故，第6實施方式中，將此側向放射719所到達的引出電極102的部分Ahp(圖10(b))構成為熱傳導率比其他的部分高。如此，容易將引出電極102的溫度保持均一。

作為一例，在部分Ahp，能夠形成熱傳導率比引出電極102的其他部分還高的金屬膜。作為一例，當引出電極102由不鏽鋼構成的情形下，能夠將部分Ahp的金屬膜例如訂為鋁合金。或是，在此部分Ahp形成孔或缺口，藉此亦可將熱傳導率比其他部分還提高。藉由設置孔，引出電極102附近的傳導性會變大，故可有效率地達成真空排氣，能夠進一步使電子的放出穩定化。

[第7實施方式]

參照圖11，示意第7實施方式之帶電粒子束系統的構成例。此第7實施方式亦如同第1實施方式般，說明帶電粒子束系統構成作為測長SEM900的情形為例。第7實施方式的測長SEM900的全體構成可和第1實施方式(圖1)同一，故省略重複的說明。如圖11所示，此第7實施方式係電子槍901的構成和第1實施方式相異。

此第7實施方式之電子槍901，在引出電極102的下方具備光圈820。此光圈820係不讓不需要的側向 放射到達試料(晶圓905等)。藉由設置光圈820，即使引出電極102的孔徑設計得較大，仍能夠抑制不需要的電子線到達試料。能夠將引出電極102的孔徑增大，故照射至引出電極102的電子線的量會變小，而能夠抑制引出電極102的溫度上昇。

另，若引出電極102的孔徑變大，則施加於電子源101先端的電場變小。因此，為了得到相同的電流量，必須施加於引出電極102的電壓增大。此時，可設計成不讓在光圈820反射的電子碰撞引出電極102。

當以電子線不碰撞引出電極102之方式將電子束成形的情形下，側向放射的能量的參差大，得到的電子束會成為含有光暈(flare)等的品質不佳的電子束。因此，側向放射必須在到達試料前予以截止。但，當在遠離電子源101的位置配置光圈820而將電子線截止的情形下，電子束會以放射狀擴散，因此當光圈820的孔徑和引出電極102的孔徑相同的情形下，會變得僅能使電子束的中心軸附近的一小部分的電子束到達試料，導致難以以高產量觀察試料。

另一方面，當增大光圈的孔徑的情形下，傳導性會變好，故會因電子槍下游的氣體上噴而導致電子源101附近的壓力變高，除電流不穩定外，還必須將電子源101至光圈820的距離拉長，而造成裝置的大型化。

為了消弭上述的問題，較佳是將光圈820的孔部的孔徑設計成比前述引出電極102的孔的孔徑還小， 並且將光圈820靠近引出電極102而配置。當光圈820與引出電極102的電位差大的情形下，會在引出電極102與光圈820之間發生放電，因此電子源101可能會破損。是故，較佳是如圖13所示，對光圈820施加和引出電極102的電壓同一或具有±10%以下的差異(比率±0.1以內)的電壓，一面防止放電一面形成電子束。

上述的構成的情形下，光圈820的溫度變高，引出電極102亦會因輻射而被加熱，因此較佳是如圖11所示，在光圈820搭載加熱器108而調整光圈820的溫度。加熱器108可和引出電極102非接觸地配置，溫度調節機構的配置的自由度會變高。是故，可達成比其他實施方式效率更好的溫度調整，能夠減小環境負擔。另，亦可取代將加熱器108搭載於光圈820，而是如同前述的實施方式般搭載於引出電極102(參照圖12)。

如上述般，將對於光圈820的施加電壓的相對於引出電極102的施加電壓之比率訂為1±0.1(±10%以下)，是為了電子線的穩定化。若在引出電極102的正下方配置光圈820而施加電壓，則會由於光圈820而形成靜電透鏡。此靜電透鏡會導致電子線的射束軌道變化，讓照射至試料的探針電流的控制變得困難。圖13示意配置光圈820，而將引出電極102的施加電壓與光圈820的施加電壓之電壓比繪製於橫軸時的電流變動率。由圖13可知當引出電極102與光圈820之電壓比率為1±0.1的情形下，探針電流的變化率為0%附近。是故，電子線的射束軌道的變化 小而能夠穩定地保持探針電流之光圈820的電壓，較佳是訂為使得與引出電極102的施加電壓之比率成為1±0.1這樣的電壓。當電壓比率成為0.1以上的情形下，探針電流的變化率會以二次曲線(quadratic curve)的方式逐漸增加，因此放電的風險變高，並且會變得以和原本的電流量相異的電流量做控制，而無法得到正確的檢查或觀察結果。

此外，藉由訂為這樣的電壓比率亦可省去反饋，就控制性的觀點而言優點亦大。作為省去反饋的例子，可舉出藉由比因電子束照射而產生的電力還高的電力將光圈加熱或者冷卻，而消除光圈820的溫度變化。本實施方式可和圖4的實施方式組合運用。

本發明不限定於上述的實施方式，而包含各種變形例。例如，上述的實施方式是為了淺顯地說明本發明而詳加說明，並非限定於一定要具備所說明之所有構成。此外，可將某一實施方式的一部分置換成其他實施方式之構成，又，亦可於某一實施方式之構成追加其他實施方式之構成。此外，針對各實施方式的構成的一部分，可追加、刪除或置換其他構成。

101:電子源

102:引出電極

103:電子線

104:絕緣礙子

105:凸緣

106:腔室

107:電腦系統

108:加熱器

109:高壓電源

110:加熱器訊號用端子

111:電流電壓端子

112:離子泵浦

901:電子槍

d:距離

L:高度

Claims (9)

1. 一種帶電粒子槍，其特徵為，具備： 帶電粒子源，使帶電粒子產生； 電極部，包含從前述帶電粒子源引出帶電粒子束的引出電極； 電壓導入部，對前述電極部導入電壓；及 溫度調整部，調整前述電極部的溫度； 前述溫度調整部構成為，在照射前述帶電粒子束的期間，調整前述電極部的溫度， 前述溫度調整部，基於前述電極部的電流及電壓，調整前述電極部的溫度， 前述溫度調整部，將前述電極部的電流及電壓、以及前述電極部的溫度之關係事先取得作為表，遵照得到的前述電極部的電流及電壓而推定前述電極部的溫度，來調整前述電極部的溫度。
2. 一種帶電粒子槍，其特徵為，具備： 帶電粒子源，使帶電粒子產生； 電極部，包含從前述帶電粒子源引出帶電粒子束的引出電極； 電壓導入部，對前述電極部導入電壓；及 溫度調整部，調整前述電極部的溫度； 前述溫度調整部構成為，在照射前述帶電粒子束的期間，調整前述電極部的溫度， 前述溫度調整部，具備用來以光學方式檢測前述電極部的溫度分布的檢測部， 遵照前述檢測部的檢測結果，調整前述電極部的溫度。
3. 一種帶電粒子槍，其特徵為，具備： 帶電粒子源，使帶電粒子產生； 電極部，包含從前述帶電粒子源引出帶電粒子束的引出電極； 電壓導入部，對前述電極部導入電壓；及 溫度調整部，調整前述電極部的溫度； 前述溫度調整部構成為，在照射前述帶電粒子束的期間，調整前述電極部的溫度， 更具備：應變計，計測前述引出電極的應變量， 前述溫度調整部，遵照前述應變量，調整前述引出電極的溫度。
4. 如請求項1～3中任一項記載之帶電粒子槍，其中，前述引出電極具備複數個分割電極， 前述溫度調整部，包含連接至前述複數個分割電極的各者的溫度調整部。
5. 如請求項1記載之帶電粒子槍，其中，前述電極部，包含前述引出電極、以及用來對前述引出電極導入電壓而連接至前述引出電極的電壓導入電極， 前述溫度調整部，連接至前述電壓導入電極。
6. 如請求項1記載之帶電粒子槍，其中，更具備：溫度調整部保持部，配置於前述引出電極的周圍，保持前述溫度調整部， 前述溫度調整部，在和前述引出電極非接觸的狀態下被配置於前述溫度調整部保持部。
7. 如請求項1記載之帶電粒子槍，其中，更具備：光圈，配置於前述引出電極的下方， 前述光圈的孔的孔徑，被設計成比前述引出電極的孔的孔徑還小。
8. 如請求項7記載之帶電粒子槍，其中，施加於前述光圈的第1電壓與施加於前述引出電極的第2電壓之比率被設定在1±0.1的範圍。
9. 一種帶電粒子束裝置，具備如請求項1～8中任一項記載之帶電粒子槍。