电子显微镜的制作方法

本发明是有关一种电子显微镜，特别是有关于一种检测液体或浸润于液体的待测物的电子显微镜。

背景技术：

在目前的半导体工艺，例如洗涤、光刻胶移除、电镀、刻蚀、研磨等需使用液体的工艺中，通常需待整个工艺结束后方能得知工艺结果，若能于工艺期间即时检测液料本身的劣化程度或液料与待反应物的作用是否成功，则应可更加精准的控制工艺过程，提高良品率。

然而，传统的带电粒子束分析设备需处于真空环境下，对于液体或是含水样品的观测具有一定的限制，亦无法解析浸润于液体环境的基材。而光学检测虽然不受限于真空环境的要求，但受限于光学波长，解析度不易下降至100nm以下，即便使用动态散射光等非直接影像式分析，亦无法达到20nm以下的解析度，因此无法满足半导体产业所需要的原物料检验的需求。承上所述，若能发展可分析液体中悬浮颗粒与浸润液体环境基材且解析度良好的工艺检验方法，应可达到提升制造效率的效果。

技术实现要素：

本发明提供一种电子显微镜，包含：带电粒子束产生器，其用以产生第一带电粒子束以轰击待测物；检测器，其用以检测来自该待测物的第二带电粒子以形成影像；薄膜，其设置于带电粒子束产生器的下游侧，且具有第一表面以及第二表面，其中带电粒子束产生器以及薄膜的第一表面之间为真空环境；承载单元，其设置于薄膜的第二表面侧，且具有承载表面以及背面，其中待测物设置于承载单元的承载表面，使待测物的待测表面与薄膜的距离小于一预定间距，且待测表面与薄膜之间具有液体空间，以充填液体。

较佳地，薄膜以及承载单元以可分离的方式连接，并形成一密闭容器。

较佳地，薄膜以及承载单元可彼此螺合连接，以形成密闭容器。

较佳地，承载单元可与推杆连接，且推杆推动承载单元相对于薄膜移动。

较佳地，薄膜以及承载单元可彼此相对移动，以调整薄膜以及承载单元间的距离。

较佳地，薄膜以及带电粒子束产生器连接，以形成真空环境。

较佳地，液体空间具有液体入口以及液体出口。

较佳地，流经待测物的液体的流速小于500mm/s。

较佳地，本发明的电子显微镜更包含驱动单元，其用以驱动薄膜以及承载单元至少其中之一移动，以调整薄膜以及承载单元间的距离。

较佳地，本发明的电子显微镜更包含驱动单元，其用以驱动该薄膜及该带电粒子束产生器平行于该承载单元移动。

较佳地，本发明的电子显微镜更包含温控单元，其设置于承载单元的背面，以调整待测物至一预定温度。

较佳地，温控单元包含流道，其通过承载单元的背面，以导引热传介质流经承载单元的背面。

较佳地，预定间距小于该第一带电粒子束于该液体中的射程。

较佳地，预定间距范围为1nm～5mm。

较佳地，薄膜的材料包含半导体氮化物、半导体氧化物金属氧化物、高分子材料或石墨、石墨烯。

较佳地，承载单元的材料包含金属、氮化物或硅化物的至少其中之一。

本发明的电子显微镜可检测液体中的悬浮颗粒及浸润于液体环境的基材，在液体进料、工艺中液料、浸润于液体基材的检查方面，可以避免物料杂质或分散相聚集而造成损失，避免研磨成分改变造成良品率下降，进而最佳化更换研磨液的时间，减少费用，并提高工艺良品率及缩短反覆干燥检测的时间。本发明的电子显微镜还可应用于生物医疗、制造业等相似液体与悬浮颗粒环境的检测中。

以下通过具体实施例配合所附的图式详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的电子显微镜的示意图。

图2a及图2b为根据本发明一实施例的调整薄膜及承载单元的间距的示意图。

图3a及图3b为根据本发明另一实施例的调整薄膜及承载单元的间距的示意图。

图4为根据本发明又一实施例的调整薄膜及承载单元的间距的示意图。

图5为根据本发明一实施例的具有真空环境的电子显微镜的示意图。

图6a为根据本发明另一实施例的具有真空环境的电子显微镜的示意图。

图6b为图6a的电子显微镜应用于连续式工艺的示意图。

图7为根据本发明又一实施例的电子显微镜的示意图。

图8为根据本发明一实施例的具有温控单元的电子显微镜的示意图。

附图标号：

10带电粒子束产生器

11第一带电粒子束

12第二带电粒子

20检测器

30、301薄膜

31第一表面

32第二表面

311、411侧壁

40、401承载单元

41承载表面

42背面

50待测物

51待测表面

60液体空间

61液体入口

62液体出口

70推杆

71o型环

80驱动单元

90温控单元

91热传介质

100、110电子显微镜

101螺纹结构

200、300真空腔室

d、d1、d2、d3、d4、d5预定间距

具体实施方式

以下将详述本发明的各实施例，并配合图式作为例示。除了这些详细说明之外，本发明亦可广泛地施行于其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本发明的范围内，并以申请专利范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或元件并未描述于细节中，以避免对本发明形成不必要的限制。图式中相同或类似的元件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意之用，并非代表元件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求图式的简洁。

请参阅图1，本发明的电子显微镜100包含带电粒子束产生器10，用以产生第一带电粒子束11以轰击待测物50；检测器20，用以检测来自待测物50的第二带电粒子12以形成影像(图未示)。举例而言，第二带电粒子12可为二次电子(secondaryelectron)或背散射电子(backscatteredelectron)等。薄膜30，其设置于带电粒子束产生器10的下游侧，且具有第一表面31以及第二表面32，其中带电粒子束产生器10以及薄膜30的第一表面31之间为真空环境；承载单元40，其设置于薄膜30的第二表面侧32，且具有承载表面41以及背面42，其中待测物50设置于承载单元40的承载表面41上，使待测物50的待测表面51与薄膜30的距离小于预定间距d，且待测表面51与薄膜30之间具有液体空间60，以充填液体。其中，承载单元的材料包含金属、氮化物、氧化物、高分子材料、碳化物或硅化物的至少其中之一。

需注意的是，该液体空间并不限于仅存在液体，其可仅存在气体、同时存在液体及气体或为真空状态。举例而言，在分析工艺前，该空间中可充满气体，或于液体注入的过程中同时存在液体及气体；在分析工艺中，该空间可全部填充液体；在工艺反应过程中，可能有反应气体产生而使空间中包含液体及气体；在工艺结束排空液体后，于下个工艺开始其间可将该空间抽为真空。

另外，在本发明中，承载单元上的待测物与薄膜的的预定间距大小与第一带电粒子束的能量具有相关性。通过蒙地卡罗演算法，可计算第一带电粒子束进入液体介质中的能量耗损，进而预测第一带电粒子束于液体介质中的射程(亦即，由入射到停止的总路程)。据上所述可了解，当预定间距过长时，第一带电粒子束可能于液体中被抵消而无法轰击待测物，因此，预定间距应小于第一带电粒子束于液体介质中的射程。此外，第一带电粒子束轰击待侧物后所产生的第二带电粒子的能量可能小于第一带电粒子束，其于液体介质中的射程亦较小，为有利于第二带电粒子穿过液体介质而被检测器检测，该预定间距较佳地应小于第二带电粒子于液体介质中的射程。可以理解的是，检测器可设置于液体中以检测第二带电粒子。在本发明的一实施例中，该预定间距的范围可为1nm～5mm。另外，该预定距离可依照所需焦距大小，通过移动薄膜或承载单元而进行调整，此将于后文中详细说明。

需注意的是，于本发明中是将检测器20是例示性地绘示于与带电粒子产生器10同一侧；然而本发明并不以此为限，检测器亦可与带电粒子产生器位于不同侧，检测穿透待测物的带电粒子以形成影像。

在本发明的一实施例中，薄膜及承载单元以可分离的方式连接，并形成密闭容器。举例而言，请参阅图2a及图2b，薄膜301可设置于一盖体302，而盖体302的两侧具有向下延伸的两侧壁311，而承载单元401的两侧可具有向上延伸的两侧壁411，而盖体302的两侧壁311与承载单元401的两侧壁411可彼此相互对应。举例而言，如图2a及图2b所示，侧壁311及侧壁411可具有相互对应的螺纹结构101，使得薄膜301与承载单元401可彼此螺合连接以形成一密闭空间。于此，当盖体302朝相反于装载有待测物的承载单元401的方向螺旋移动，或朝向承载单元401的方向螺旋移动时，可调整薄膜301与待测物50之间的预定间距d1及d2，以使第一带电粒子束11可轰击待测物50，而第二带电粒子12可穿过薄膜301而被检测器20所检测。值得注意的是，在本发明中，薄膜301的侧壁311及承载单元401的侧壁411是例示性的绘示为螺纹结构101，然而本发明并不仅限于此，其可为任何彼此对应可互相卡合及分离的图样。

在本发明的另一实施例中，承载单元可与推杆连接以用于调整预定间距。请参阅图3a及图3b，承载单元401可与推杆70相互连接，当推杆70将装载有待测物的承载单元401朝向薄膜301的方向移动，或朝向相反于薄膜301的方向移动时，可调整薄膜301与待测物50之间的预定间距d3及d4。其中，可更设置o型环71于推杆70与承载单元401的接合处，以达到密合的功效。需注意的是，在本发明中是使用o型环将推杆与承载单元相互密合，然本发明并不限于此，推杆亦与承载单元亦可具有相互卡合的图样，例如具有螺纹结构，推杆可通过螺旋移动的方式将装载有待测物的承载单元朝向薄膜的方向移动，或朝向相反于薄膜的方向移动。

在本发明的又一实施例中，请参阅图4，可更包含一驱动单元80以驱动薄膜30以及承载单元40至少其中之一移动，或驱动薄膜30以及承载单元40彼此相对移动，藉此以调整薄膜30以及承载单元40间的间距d5。驱动单元80亦可用于驱动薄膜30及带电粒子束产生器10平行于承载单元40的方向移动，其可使薄膜连同带电粒子束产生器10相对于承载单元40进行横向移动，以移动至待测物的另一个检测区域进行检测，以实现多点检测的功效。

请参阅图5，在本发明的一实施例中，电子显微镜110可更包含一真空腔室200，其中，薄膜301及承载单元401所形成密闭容器设置于真空腔室200中，以使带电粒子束产生器10与薄膜301之间为真空环境。而在另一实施例中，参阅图6a，薄膜30可通过适当元件与带电粒子束产生器10彼此连接以形成一真空腔室300，藉以形成带电粒子束产生器10与薄膜301之间的真空环境。一般的带电粒子束分析设备的样品需处于真空环境中，对于液体或含水样品的观测具有一定的限制，而本发明通过上述配置，仅有在带电粒子束产生器及薄膜之间为真空环境，因此可有效地应用于液体或含水样品的检测。根据另一实施例中，本发明的电子显微镜可更应用于连续式工艺。如图6b所示，多个电子显微镜可依序地排列成行，其可用于检测大型的待测物50，例如大型晶圆等。

根据本发明的另一实施例，如图7所示，待测物50与薄膜30之间的液体空间60可具有液体入口61以及液体出口62，可提供液体空间60中的液体流动。换言之，本发明亦可于工艺中即时检测待测物50。较佳地，流经待测物的液体的流速可小于500mm/s，以防止薄膜破损。

根据本发明的又一实施例，如图8所示，电子显微镜可更包含温控单元90，其设置于承载单元40的背面42，用以调整待测物50至预定温度。举例而言，温控单元90可包含流道，其通过承载单元40的背面42，以导引热传介质91流经承载单元40的背面42，藉此调整待测物50的温度。但不限于此，设置加热线圈等温控元件于承载单元40的背面42亦可达到温控的目的。

本发明的电子显微镜可检测液体中的悬浮颗粒及浸润于液体环境的基材，其可应用于a)液体进料检查，例如检查光刻胶/化学品/纯水等液态原材料的不纯物或分散相的均匀性，以避免物料杂质或分散相聚集而造成损失。b)工艺中液料检查，可期动态记录检验研磨液在使用中的劣化状态，避免研磨成分改变造成良品率下降，以最佳化更换研磨液的时间，进而减少费用。c)浸润于液体的基材检查，举例而言，在晶片的显影、刻蚀、电镀、洗涤过程中，可不需将晶片脱离液面或干燥过程即可检测晶片上的线宽与图案变化、动态纪录洗涤过程对表面不纯物移除的效果、监测刻蚀过程气泡产生与移除过程、分析电镀过程金属成长或不正确堆积情形等，进而提高工艺良品率及缩短反覆干燥检测的时间。

除了半导体工艺之外，本发明的电子显微镜镜可应用于生物医疗产业以观察药剂或添加剂溶于液体中的悬浮粒粉或浸润于培养液中的生物样本(如生物组织、敷料或人工医材等)。本发明的电子显微镜液可用于制造业，例如检测使用后润滑油品的添加颗粒变化、检测有机溶液中浆料混合粉粒的尺寸分布与分散性。

以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域相关技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。