固定装置、扫描电镜和电子束曝光机的制作方法

1.本技术涉及电子光学技术领域，具体涉及一种固定装置、一种扫描电镜和一种电子束曝光机。


背景技术：

2.扫描电镜及电子束曝光机都属于电子光学类仪器。扫描电镜和电子束曝光机常使用背散射电子探测器进行样品表面形貌的观察和对样品成分进行分析。
3.常用的背散射电子探测器固定于伸缩杆上，由伸缩杆从样品仓旁侧探入电子光学系统下方。电子光学系统中的物镜极靴较为脆弱，如果与背散射电子探测器发生碰撞，可能被损伤。因此，在电子光学系统与样品台之间，需要预留伸缩杆能够自由工作的空间。然而，高精度观测时需要电子光学系统与样品台距离非常近，现有的通过伸缩杆从旁侧探入的方式无法满足要求。
4.因此，亟待寻找一种新的背散射电子探测器的固定方式，以满足电子光学类装置高精度观测时所需的最佳工作距离。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术提供一种背散射电子探测器的固定装置，以解决现有技术中通过伸缩杆固定背散射电子探测器，为了保证伸缩杆正常工作，而无法满足高精度观测时所需的超近工作距离的问题。
6.第一方面，提供一种固定装置，该固定装置适于将背散射电子探测器固定于电子光学系统。所述固定装置包括：固定托板，具有所述背散射电子探测器的容纳部。容纳部的中部设置有电子光学系统的电子束的通过孔，通过孔的尺寸与电子光学系统的极靴孔匹配。托板支柱，具有第一连接端和第二连接端。第一连接端与固定托板相连连接，第二连接端适于与电子光学系统的物镜相连。固定托板通过托板支柱连接于电子光学系统下方时，固定托板的上表面与电子光学系统的物镜的极靴的底部贴合，且通过孔与极靴孔对准。其中，固定托板和托板支柱为导电材料，以使得固定装置固定于电子光学系统之后，固定装置与电子光学系统处于同一电位。
7.在一些实施例中，容纳部具有多个用于使背散射电子通过的孔，孔形成栅格结构，以滤除多余电子。
8.在一些实施例中，用于使背散射电子通过的孔的数量为4。
9.在一些实施例中，固定托板中心还有一个凸出部，通过孔位于凸出部的中心。
10.在一些实施例中，托板支柱与固定托板螺纹连接，固定托板与背散射电子探测器螺纹连接。
11.在一些实施例中，固定托板的整体厚度小于或等于3.8mm。
12.第二方面，提供一种扫描电镜，包括前述的固定装置。
13.第三方面，提供一种电子束曝光机，包括前述的固定装置。
14.本技术所提供的固定装置直接固定于电子光学系统下，使用时无需调节位置，因此无需预留调节位置所需的垂直空间。由于减小了背散射探测器占用的垂直空间，电子光学系统与样品台之间的工作距离可以足够近以满足高精度观测的需求。
附图说明
15.图1所示为本技术一实施例提供的固定装置的结构示意图。
16.图2所示为图1所示固定装置的底面结构示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
18.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
19.扫描电镜和电子束曝光机都属于电子光学类仪器。
20.为了对本技术的方案有更清楚的了解，首先以扫描电镜为例，简要介绍电子光学系统的工作原理。
21.扫描电镜通常包括用来产生入射电子束的电子光学系统、用于盛放样品的样品台、用于成像的探测器以及真空仓等部件。电子光学系统通常包括用于生成电子束的电子枪、用于使电子束汇聚的物镜等部件。物镜位于整个电子光学系统的最下方。物镜包括极靴，极靴位于物镜的下部。极靴的底部有用于使入射电子束通过的极靴孔。
22.扫描电镜的显微原理是通过电子光学系统生成聚焦的电子束。电子束轰击样品表面产生背散射电子或二次电子。利用相应的探测器将样品表面产生的背散射电子或二次电子收集起来。将样品表面电子束扫描的位置以及探测器收集到的电子数量用二维图像的形式表示，即得到扫描背散射电子图像或二次电子图像。
23.对背散射电子探测器而言，除了待探测的特定范围内的背散射电子，其余产生的电子都属于多余电子。多余电子会对背散射电子探测器的精度和准确度等产生影响。此外，多余电子在探测器表面聚集，将产生电势，进而影响入射电子束。
24.常用的背散射电子探测器位于电子光学系统和样品台之间。扫描电镜适用于纳米级观测，对如此精确的观测而言，工作距离对观测精度会产生较大的影响。通常而言，工作距离越近，电子光学类仪器的观测精度越高。
25.然而，电子光学系统在工作过程中，需要将通过伸缩杆固定的背散射电子探测器放置于物镜下方合适的位置。调节背散射电子探测器的位置时，探测器不能碰到极靴，否则可能损伤极靴，对仪器造成影响。因此，物镜与样品台之间需要预留使伸缩杆自由工作的空间。因而，物镜与样品台之间的工作距离无法设置的足够近，以达到最佳工作距离。
26.电子束曝光机的使用场景与扫描电镜有所不同。为了使方案更加清楚，下面，对电子束曝光机进行简要介绍。
27.电子束曝光机，是器件高精密微纳加工与芯片制造的核心设备之一，在量子科学研究中尤其不可或缺。电子束曝光机利用聚焦电子束在样品表面进行逐行扫描。配合高精度激光干涉台及矢量扫描发生器，可进行微纳结构的刻蚀。同时，通过二次电子探测器和背散射电子探测器进行表面微观结构的观测，分辨率可达到纳米级。因此背散射电子探测器在电子束曝光机的使用过程中，起到了十分重要的辅助作用。
28.在电子束曝光机使用中，常用的晶圆尺寸为6
‑
12英寸(152mm
‑
305mm)。因此，高精度激光干涉台的运动行程很大，所需的样品仓的尺寸也很大。为了保证电子束曝光机的真空密封性，通常配置loadlock进样系统。该进样系统将晶圆置于wafer托盘或托架上，再由传动装置传送的样品仓内。
29.为保证激光干涉样品台的稳定性，不设置垂直方向调节装置。同时，由于电子光学系统和样品台之间的距离有限，样品台垂直方向的尺寸会受到限制。此外，对于超大尺寸的样品仓，因为伸缩杆的运动距离有一定限制，现有技术中使用伸缩杆固定的背散射电子探测器无法正常使用。
30.针对以上问题，本技术提供一种固定装置。该固定装置能够解决现有技术中，背散射电子探测器通过伸缩杆固定，需要预留工作空间，导致物镜与样品台之间的工作距离无法达到最佳观测距离的问题。
31.图1和图2示出了本技术一实施例提供的固定装置的结构示意图。该固定装置适于将背散射电子探测器5固定于电子光学系统(图中未示出)。该背散电子探测器5可以采用晶体板的形式。晶体板可以是中间带孔的圆环形晶体板，也可以由多个晶体板组合而成，本技术对晶体板的具体形态不作限定。
32.该固定装置可以包括固定托板1。固定托板1的材料可以是导电材料，例如铜。该固定托板1可用于固定背散射电子探测器5。例如，该固定托板1可以具有背散射电子探测器5的容纳部2。
33.通过设置容纳部，使背散射电子探测器5位于容纳部2中，可以保护背散射电子探测器5。同时，当背散射电子探测位于容纳部中后，固定托板的整体厚度不会增加，满足固定托板超薄化需求。
34.较佳地，容纳部的大小和尺寸可以与背散射电子探测器5相匹配，使得背散射电子探测器5在容纳部2中的位置相对固定。
35.较佳地，背散射电子探测器5可通过螺纹连接方式固定于容纳部2内。螺纹连接固定牢靠，拆卸方便。使用螺纹连接将背散射电子探测器固定于固定托板中，可以防止因运输震动或其他未知原因导致的探测器松动。
36.进一步地，可在容纳部2的中部设置电子光学系统的电子束的通过孔3，并使通过孔3与极靴孔对准。
37.设置通过孔3，并使通过孔3与极靴孔对准，该固定装置不会阻挡电子束的光路。因此，可以将该固定装置直接固定于电子光学系统下方，使用时无需调节固定装置的位置。由于减少对背散射电子探测器位置的调节过程，降低了因误触物镜极靴而对其造成损伤的可能性，有效地保护电子光学系统。此外，由于使用前无需调试探测器的位置，电子光学装置
例如扫描电镜的使用过程得到了极大的简化。
38.较佳地，通过孔3的大小可以与极靴孔相匹配。例如，通过孔3的大小可以与极靴孔相同。电子束在通过极靴孔后，难免有部分电子运行轨迹偏离电子束中心轴，此类电子称为杂散电子。杂散电子将影响入射电子束的精度。本实施例中设置与极靴孔大小相同的通过孔3。通过孔3位于极靴孔下方，能够对杂散电子产生一定的滤除作用，提升入射电子束的精度。
39.对于背散射电子探测器而言，除所需角度的背散射电子，其余电子都是多余电子。多余电子在晶体板上累积，会影响探测器的探测精度。此外，多余电子在探测器表面聚集，将产生电势，进而影响入射电子束。
40.现有技术中固定背散射电子探测器时，仅通过一个加持部夹住探测器。这相当于探测器直接暴露于物镜系统和样品台之间。多余电子难免会在探测器表面累积。因此，在一个较佳的实施例中，容纳部2中还可以设置多个用于使背散射电子通过的孔7。多个用于使背散射电子通过的孔7可以形成栅格结构，以滤除多余电子。
41.用于使背散射电子通过的孔7的数量可以有任意个，实际数量与晶体板结构相关，只要能形成栅格结构以滤除多余电子，并保证背散射电子通过即可。例如，用于使背散射电子通过的孔7的数量可以设置为4个。设置4个用于使背散射电子通过的孔，使得容纳部的结构对称，减少对背散射电子的阻挡。此外，设置4个孔能够最简单地形成栅格结构，以滤除多余电子。
42.在一个实施例中，容纳部2的中央还包括一个凸出部10。通过孔3位于凸出部10中央。凸出部10的形状可以与背散射电子探测器5的中央通孔11相匹配。例如，当中央通孔11为圆形时，凸出部10为与中央通孔11相匹配的圆柱形。
43.通过设置凸出部10，可以进一步限定背散射电子探测器5的位置。因而，背散射电子探测器5和固定托板固定后，整体结构更加牢靠稳固。
44.在一个实施例中，固定托板1的整体厚度可以设置为小于等于3.8mm。例如，固定托板1的整体厚度等于3.8mm。此时，固定装置在电子光学系统下方所占用的垂直空间足够小。物镜和样品台之间的距离可以满足高精度观测所需的最佳工作距离。
45.更进一步地，该固定装置还包括托板支柱4。托板支柱4包括第一连接端8和第二连接端9。
46.第一连接端8与固定托板1相连。连接方式可以有多种。例如，第一连接端8和固定托板1可以通过螺纹连接方式相连。
47.第二连接端9适于与电子光学系统相连。连接方式也可以有多种。例如，可以通过螺纹连接方式，将第二连接端9和电子光学系统相连。
48.通常电子光学系统的重量较大，在使用现场，难以自如的拆卸，故而背散射探测的牢固性是非常重要的。螺纹连接较为稳固，且拆卸方便。因此，托板支柱4通过螺纹连接方式与固定托板和电子光学系统连接，使得电子光学系统安装便捷，安装用时少，有效地降低安装风险。
49.当固定托板1通过托板支柱4固定于电子光学系统下方时，固定托板1的上表面可以与极靴的底部贴合。此时，固定托板1所占用的物镜和样品台之间的空间被极大的压缩。显然，背散射电子探测器占用的极靴与样品台之间的空间减小，将为电子光学仪器的其他
部件，如进样装置等预留更多的垂直工作空间。
50.较佳地，托板支柱4的材料可以为导电材料。例如，可以是铜。
51.当托板支柱4和固定托板1的材料均为导电材料时，固定托板1通过托板支柱4与电子光学系统连接后，固定托板1与电子光学系统将处于同电位。因此，可以避免多余电子在探测晶体板上的聚集，极大地保证了入射电子束的稳定性。
52.本技术还提供了一种扫描电镜，该扫描电镜具有本技术实施例提供的固定装置。
53.由于背散射电子的能量远高于二次电子，因此背散射电子探测器可以设置在离样品较远的位置。具有本技术提供的固定装置的扫描电镜，获得背散射电子图像的同时，不会影响其他探测器如二次电子探测器的使用。因此，本实施例提供的扫描电镜，可以同时使用多个探测器。通过探测器间的相互配合，扫描电镜可以观测到更加精准全面的图像。
54.本技术还提供了一种电子束曝光机，该电子束曝光机具有本技术实施例提供的固定装置。
55.电子束曝光机使用时，有时需要用到超大样品仓。常用的旁至式使用伸缩杆固定的背散射电子探测器，由于伸缩杆有长度限制，无法在使用超大样品仓时将背散射电子探测器固定于电子光学系统下方最佳位置。
56.具有本技术提供的固定装置的电子束曝光机，背散射电子探测器直接固定于电子光学系统下方，无需从旁侧通过伸缩杆探入。因此，可以适用于使用超大样品仓的电子束曝光机中。同时，由于背散射电子探测器占用的垂直空间很小，该电子束曝光机有效地保证了激光干涉样品台在更换晶圆时垂直方向的工作空间。进一步地，本实施例提供的电子束曝光机，能够使物镜与样品台之间的工作距离达到最佳观测距离，满足实际使用需求。
57.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本技术的保护范围之内。