DE112018007565T5

DE112018007565T5 - Rasterelektronenmikroskop

Info

Publication number: DE112018007565T5
Application number: DE112018007565.6T
Authority: DE
Inventors: Yasunari Sohda; Kaori BIZEN; Yusuke Abe; Kenji Tanimoto
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2021-02-25
Anticipated expiration: 2038-07-03
Also published as: US11251018B2; US20210272770A1; DE112018007565B4; WO2020008492A1

Abstract

Es ist ein Rasterelektronenmikroskop vorgesehen, das selbst dann eine schnelle Brennpunktkorrektur ausführen kann, wenn ein Elektronenstrahl hoher Energie verwendet wird. Das Rasterelektronenmikroskop umfasst ein elektronenoptisches System, das eine einen Elektronenstrahl emittierende Elektronenquelle 100 und eine Objektivlinse 113 aufweist, einen Probentisch 1025, der sich auf einem Tisch 115 befindet und auf dem eine Probe 114 angeordnet ist, einen Rückstreuelektronendetektor 1023, der zwischen der Objektivlinse und dem Probentisch angeordnet ist und dafür ausgelegt ist, durch die Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und der Probe emittierte rückgestreute Elektronen 1017 zu erfassen, eine Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit 138, die entsprechend dem Rückstreuelektronendetektor bereitgestellt ist und dafür ausgelegt ist, eine Spannung an den Rückstreuelektronendetektor anzulegen, und eine Vorrichtungssteuerungs-Berechnungsvorrichtung 146. Die Objektivlinse weist eine Öffnung in Tischrichtung auf, und die Vorrichtungssteuerungs-Berechnungsvorrichtung führt eine Brennpunktkorrektur des Elektronenstrahls aus, indem sie die von der Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit an den Rückstreuelektronendetektor angelegte Spannung steuert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rasterelektronenmikroskop, das eine Inspektion und eine Messung unter Verwendung eines Elektronenstrahls ausführt.
Technischer Hintergrund
Ein zur Beobachtung, Inspektion und Messung einer Probe unter Verwendung eines Elektronenstrahls verwendetes Rasterelektronenmikroskop (SEM) beschleunigt von einer Elektronenquelle emittierte Elektronen und fokussiert sie mit einer elektrostatischen Linse oder einer elektromagnetischen Linse auf die Oberfläche der Probe. Diese Elektronen werden als Primärelektronen bezeichnet. Signalelektronen (hier werden Signalelektronen mit einer niedrigen Energie als Sekundärelektronen bezeichnet und werden Signalelektronen mit einer hohen Energie als rückgestreute Elektronen bezeichnet) werden durch die Emission der Primärelektronen von der Probe emittiert. Durch Erfassen der von der Probe emittierten Sekundärelektronen, während der Elektronenstrahl abgelenkt wird, und Abtasten der Probe mit dem Elektronenstrahl kann ein abgetastetes Bild eines feinen Musters auf der Probe erhalten werden. Es ist auch möglich, ein Absorptionsstrombild durch Erfassen durch die Probe absorbierter Elektronen zu erzeugen. In Bezug auf die Erfassung der Sekundärelektronen beschreibt PTL 1 ein Verfahren zum Steuern der Detektionseffizienz durch Anlegen einer Spannung an einen Sekundärelektronendetektor.
Schnelligkeit hat sich zu einem wichtigen Faktor bei der Verwendung von SEMs für Inspektion und Messung entwickelt. Zusätzlich zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Tischbewegung und zur Erhöhung des Sondenstroms muss auch die Geschwindigkeit der Brennpunktkorrektur erhöht werden. Daher stehen zur Ausführung der Brennpunktkorrektur ein Verfahren, bei dem eine elektromagnetische Linse verwendet wird, und ein Verfahren, bei dem eine elektrostatische Elektrode verwendet wird, zur Verfügung, wobei das Verfahren, bei dem eine elektrostatische Elektrode verwendet wird, für die Erhöhung der Geschwindigkeit geeignet ist. PTL 2 offenbart, dass eine elektrostatische Elektrode in einer Objektivlinse bereitgestellt wird, um die Brennpunktkorrektur mit der elektrostatischen Elektrode auszuführen.
Zitatliste
Patentliteratur

PTL 1: JP-A-5-174768
PTL 2: JP-A-2007-95576

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Zur Ausführung einer Inspektion und Messung einer dreidimensionalen Struktur in der Art einer tiefen Rille oder eines tiefen Lochs ist ein Elektronenstrahl mit einer hohen Beschleunigung erforderlich. Zur Ausführung einer Brennpunktkorrektur an einem Elektronenstrahl mit hoher Energie durch statische Elektrizität ist eine hohe Korrekturspannung erforderlich. Daher muss die Wirksamkeit der Steuerung der Brennpunktkorrektur verbessert werden. Ferner müssen bei der Ausführung der Brennpunktkorrektur Nebenwirkungen in der Art einer Änderung der Detektionseffizienz der Signalelektronen möglichst weitgehend verringert werden.
Lösung des Problems
Ein Rasterelektronenmikroskop gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein elektronenoptisches System, das eine einen Elektronenstrahl emittierende Elektronenquelle und eine Objektivlinse aufweist, einen Probentisch, der sich auf einem Tisch befindet und auf dem eine Probe angeordnet ist, einen Rückstreuelektronendetektor, der zwischen der Objektivlinse und dem Probentisch angeordnet ist und dafür ausgelegt ist, durch die Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und der Probe emittierte rückgestreute Elektronen zu erfassen, eine Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit, die entsprechend dem Rückstreuelektronendetektor bereitgestellt ist und dafür ausgelegt ist, eine Spannung an den Rückstreuelektronendetektor anzulegen, und eine Vorrichtungssteuerungs-Berechnungsvorrichtung. Die Objektivlinse weist eine Öffnung in Tischrichtung auf, und die Vorrichtungssteuerungs-Berechnungsvorrichtung führt eine Brennpunktkorrektur des Elektronenstrahls aus, indem sie die von der Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit an den Rückstreuelektronendetektor angelegte Spannung steuert.
Vorteilhafte Wirkung
Eine schnelle Brennpunktkorrektur kann selbst bei einem Rasterelektronenmikroskop ausgeführt werden, bei dem ein Elektronenstrahl hoher Energie verwendet wird.
Andere technische Probleme und neuartige Merkmale werden anhand der vorliegenden Beschreibung und der anliegenden Zeichnungen verständlich werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 ein schematisches Gesamtdiagramm eines Rasterelektronenmikroskops,
2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Verteilung der magnetischen Flussdichte einer Objektivlinse und der Position eines Rückstreuelektronendetektors zeigt,
3 ein Diagramm, das ein Beispiel einer Bahn rückgestreuter Elektronen zeigt,
4 ein Diagramm, das ein Beispiel einer Bahn von Sekundärelektronen zeigt,
5 ein Diagramm, das ein Beispiel einer Bahn zeigt, auf der die Sekundärelektronen zu einer Probe zurückgeführt werden,
6 ein Diagramm, das ein Beispiel einer Bahn der Sekundärelektronen zeigt, und
7 ein schematisches Gesamtdiagramm eines Rasterelektronenmikroskops.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Hier wird ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) als Beispiel beschrieben, die Erfindung kann jedoch auch auf eine von einem SEM verschiedene Elektronenstrahlvorrichtung angewendet werden.
Es wird ein schematisches Gesamtdiagramm eines in 1 dargestellten SEMs beschrieben. Ein von einer Elektronenquelle 100 emittierter Elektronenstrahl (Primärelektronen 116) wird durch eine Elektronenkanone 101 beschleunigt, durchläuft eine erste Sammellinse 103 und eine zweite Sammellinse 105 und wird emittiert, um durch eine Objektivlinse 113 ein Bild auf einer Probe 114 zu bilden, die auf einem Probentisch 1025 auf einem Tisch 115 gehalten wird. Eine positive Spannung kann von einer Verstärkungsspannungs-Steuereinheit 141 an einen oberen Magnetpfad 1030 der Objektivlinse angelegt werden, und eine negative Spannung kann von einer Probentisch-Spannungssteuereinheit 144 an die Probe 114 angelegt werden, so dass eine elektrostatische Linse, ein so genanntes verzögerndes optisches System, gebildet werden kann. Ein elektronenoptisches System gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch nicht als verzögerndes optisches System verwendet. Ferner steht eine durch den oberen Magnetpfad 1030 und einen unteren Magnetpfad 1031 der Objektivlinse 113 definierte Öffnung dem Tisch 115 gegenüber und weist eine als Semi-In-Lens-Typ bezeichnete Linsenstruktur auf. Dementsprechend kann ein Elektronenstrahl mit einer hohen Auflösung gebildet werden. Eine Objektivlinsen-Steuereinheit 142 steuert einen durch eine Objektivlinsenspule 114 fließenden Erregerstrom.
Sekundärelektronen 117, die eine niedrige Energie aufweisen und von der Probe 114 emittiert werden, werden durch ein Objektivlinsen-Magnetfeld spiralförmig nach oben geführt und durch einen stromaufwärts der Objektivlinse angeordneten Sekundärelektronendetektor 121 erfasst. Die Sekundärelektronen 117 empfangen eine durch ein stromaufwärts der Objektivlinse angeordnetes ExB-Element 1028 hervorgerufene Ablenkungswirkung, laufen durch eine Gitterelektrode 1021 und erreichen den Sekundärelektronendetektor 121. Das ExB-Element 1028 ist ein elektronenoptisches Element, das in der Lage ist, ein elektrisches Feld und ein Magnetfeld, die orthogonal zueinander sind, zu erzeugen. Weil der Sekundärelektronendetektor 121 die Sekundärelektronen 117 mit einer positiven Spannung anzieht, erfüllt die Gitterelektrode 1021 die Funktion des Blockierens eines davon ausgehenden elektrischen Streufelds. Andererseits werden rückgestreute Elektronen 1017 mit einer hohen Energie durch einen Rückstreuelektronendetektor 1023 zwischen den Magnetpfaden 1030 und 1031 der Objektivlinse und dem Probentisch 1025 erfasst. Der Rückstreuelektronendetektor 1023 hat ein dem Probentisch 1025 zugewandtes sich verengendes Loch und erfasst die rückgestreuten Elektronen 1017 auf der Verengungsfläche (Innenwand des Lochs) und seiner unteren Fläche. Eine Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit 138 steuert eine an den Rückstreuelektronendetektor 1023 angelegte Spannung, verstärkt ein von einem Detektor erfasstes Signal und sendet das Signal zu einer Vorrichtungssteuerungs-Berechnungsvorrichtung 146.
Die Probe wird mit den Primärelektronen 116 durch einen ersten Abtastablenker 106 und einen zweiten Abtastablenker 108 zweidimensional abgetastet, und es kann dadurch ein zweidimensionales Bild der Probe erhalten werden. Das zweidimensionale Abtasten geschieht im Allgemeinen durch Ausführen eines Abtastens entlang einer horizontalen Linie, während die Ausgangsposition davon in vertikaler Richtung bewegt wird. Die Mittenposition des zweidimensionalen Bilds ist durch den durch eine erste Abtastablenker-Steuereinheit 137 gesteuerten ersten Abtastablenker 106 und den durch eine zweite Abtastablenker-Steuereinheit 139 gesteuerten zweiten Abtastablenker 108 definiert. Sowohl der erste Abtastablenker 106 als auch der zweite Abtastablenker 108 sind elektrostatische Ablenker. Das zweidimensionale Bild wird durch die Vorrichtungssteuerungs-Berechnungsvorrichtung 146 erzeugt und auf einer Anzeigevorrichtung 147 angezeigt. Die Elektronenkanone 101 wird durch eine Elektronenkanonen-Steuereinheit 131 gesteuert, die erste Sammellinse 103 wird durch eine Erste-Sammellinsen-Steuereinheit 133 gesteuert, und die zweite Sammellinse 105 wird durch eine Zweite-Sammellinsen-Steuereinheit 135 gesteuert. Eine erste Justiereinrichtung 102, welche die Strahlachse der Primärelektronen 116 steuert, ist hinter der Elektronenkanone 101 angeordnet, und die erste Justiereinrichtung 102 wird durch eine Erste-Justiereinrichtung-Steuereinheit 132 gesteuert. Die Vorrichtungssteuerungs-Berechnungsvorrichtung 146, welche die gesamte Vorrichtung steuert, steuert das elektronenoptische System und eine Steuereinheit eines Detektionssystems in vereinheitlichter Weise auf der Grundlage in einer Speichervorrichtung 145 gespeicherter Steuerdaten. Von den beiden Detektoren 121 und 1023 erfasste Detektionssignale werden in der Speichervorrichtung 145 gespeichert und für die Verwendung auf der Anzeigevorrichtung 147 angezeigt.
Eine wirksame Maßnahme zum Erhalten einer hohen Auflösung mit einem Elektronenmikroskop besteht darin, die Brennweite einer Objektivlinse zu verringern. Bei der Objektivlinse gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die durch die Magnetpfade definierte Öffnung auf den Probentisch gerichtet und befindet sich ein Peak des Linsenmagnetfelds unterhalb der untersten Fläche der Magnetpfade. Dementsprechend kann die Brennweite kürzer gemacht werden als der Abstand zwischen der Objektivlinse und der Probe. Um eine Brennpunktkorrektur bei einer niedrigen Spannung unter Verwendung einer elektrostatischen Elektrode vorzunehmen, ist es wünschenswert, die elektrostatische Elektrode an einer Stelle anzuordnen, an der die Intensität des Linsenmagnetfelds hoch ist. Es ist daher für die Ausführung der Brennpunktkorrektur bei der Objektivlinse vom Semi-In-Lens-Typ gemäß der vorliegenden Ausführungsform geeignet, eine elektrostatische Korrekturelektrode unter dem Magnetpfad der Objektivlinse 113 anzuordnen. Andererseits ist ein wichtiges Beobachtungsziel eines SEMs mit einer hohen Beschleunigung eine Inspektionsmessung einer dreidimensionalen Struktur in der Art einer tiefen Rille oder eines tiefen Lochs. Dies liegt daran, dass Sekundärelektronen mit niedriger Energie nur schwer aus der tiefen Rille oder dem tiefen Loch entweichen, während die hochenergetischen rückgestreuten Elektronen aus der tiefen Rille oder dem tiefen Loch vom Boden der Rille oder des Lochs her entweichen können. Daher wird der Rückstreuelektronendetektor 1023 zur Erfassung der rückgestreuten Elektronen direkt oberhalb der Probe bereitgestellt. Daher kann die Brennpunktkorrektur durch Anlegen einer Korrekturspannung an den zwischen dem Magnetpfad der Objektivlinse vom Semi-In-Lens-Typ und dem Probentisch bereitgestellten Rückstreuelektronendetektor 1023 ausgeführt werden, welche wirksam ist, um sowohl eine schnelle Fokussierung als auch eine hohe Auflösung bei einem SEM mit einer hohen Beschleunigung zu erreichen. Ferner ist es, weil, wie vorstehend beschrieben, eine Korrekturelektrode am wirksamsten am Peak des Linsenmagnetfelds angeordnet wird, wünschenswert, dass der Rückstreuelektronendetektor 1023 in der Nähe einer Position 200 angeordnet wird, an der die magnetische Flussdichte (das Magnetfeld) der Objektivlinse 113 einen Maximalwert annimmt, wie in 2 dargestellt ist, um dadurch eine hohe Korrekturempfindlichkeit zu erhalten. Daher ist es wirksamer, die Position, an der der Rückstreuelektronendetektor 1023 angeordnet wird, näher an eine untere Fläche der Magnetpfade als an die Probenoberfläche zu legen.
In PTL 2 wird eine Einzellinse als elektrostatische Linse zur Brennpunktkorrektur verwendet und werden Elektroden, die sich auf beiden Seiten davon befinden, auf ein Massepotential gelegt. Daher wird ein elektrostatisches Linsenfeld beschränkt und die Brennpunktkorrekturwirkung verringert. Zur Verringerung der Korrekturspannung muss ihre Wirkung so weit wie möglich verbessert werden. Wie gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der obere Magnetpfad 1030 der Objektivlinse 113, der Rückstreuelektronendetektor 1023 und die Probe 114 elektrostatische Elektroden und wird die Korrekturspannung an den Rückstreuelektronendetektor 1023 angelegt, um eine wirksame elektrostatische Brennpunktkorrektur zu ermöglichen. Weil das elektronenoptische System gemäß der vorliegenden Ausführungsform kein verzögerndes optisches System ist und der obere Magnetpfad 1030 der Objektivlinse 113 im Allgemeinen ein Referenzpotential aufweist und das Potential der Probe 114 gegenüber dem Referenzpotential leicht negativ verschoben ist, kann die Brennpunktkorrektur durch die an den Rückstreuelektronendetektor 1023 angelegte Korrekturspannung wirksam ausgeführt werden.
Im Fall eines verzögernden optischen Systems, das häufig in einem SEM mit einer niedrigen Beschleunigung verwendet wird, wird eine elektrostatische Linse durch eine Verstärkungsspannung oder eine Probentischspannung einer durch die Objektivlinse 113 gebildeten Magnetfeldlinse überlagernd gebildet. Wenn ferner durch den Rückstreuelektronendetektor 1023 eine elektrostatische Brennpunktkorrektur ausgeführt wird, ergibt sich daher eine Nebenwirkung, dass die Potentialverteilung der überlagerten elektrostatischen Linse stark gestört wird. Daher ist die vorliegende Konfiguration für ein elektronenoptisches System geeignet, bei dem kein verzögerndes optisches System in der Art eines SEMs mit einer hohen Beschleunigung verwendet wird.
Es treten jedoch mehrere Probleme bei der doppelten Verwendung des Rückstreuelektronendetektors und der elektrostatischen Korrekturelektrode für die Brennpunktkorrektur auf. Eines der Probleme ist ein Ausrichtungsfehler zwischen dem Rückstreuelektronendetektor 1023 und der Objektivlinse 113. Der Ausrichtungsfehler tritt insbesondere zwischen den Mittelachsen des Rückstreuelektronendetektors 1023 und der Objektivlinse 113 und ist ein Parallelitätsabweichungsfehler. Wenn einfach nur die rückgestreuten Elektronen 1017 erfasst werden, tritt bei einer leichten Positionsabweichung und Neigung kein Problem auf. Wenn der Rückstreuelektronendetektor 1023 durch Anlegen einer Korrekturspannung als optisches Element betrieben wird, müssen diese mechanischen Fehler jedoch verringert werden. Der mechanische Fehler kann eine Gesichtsfeldabweichung, eine Änderung des Emissionswinkels und ferner Astigmatismus bei der Brennpunktkorrektur hervorrufen. Daher wird zwischen der Objektivlinse 113 und dem Probentisch 1025 wie in 1 dargestellt ein Träger 1024 bereitgestellt, so dass die Position und die Neigung des Rückstreuelektronendetektors 1023 eingestellt werden können.
Ferner ist es zur Korrektur der Gesichtsfeldverschiebung, der Änderung des Emissionswinkels und des durch die Brennpunktkorrektur hervorgerufenen Astigmatismus wünschenswert, Wirkungen auszugleichen, indem die Ablenker (106 und 108) und ein Astigmatismuskorrektor 1034 mit der elektrostatischen Korrektur zusammenarbeiten. Die Korrektur der Gesichtsfeldverschiebung oder des Emissionswinkels durch den zweistufigen Ablenker und die Korrektur des Astigmatismus durch den Astigmatismuskorrektor sind bekannte Techniken, und es wird auf eine detaillierte Beschreibung von ihnen verzichtet. Der Betrieb kann parallel mit der Brennpunktkorrektur oder seriell damit ausgeführt werden.
Ein anderes Problem besteht darin, dass sich die Empfindlichkeit des Rückstreuelektronendetektors 1023 ändern kann. Wie in 3 dargestellt ist, werden die rückgestreuten Elektronen 1017 direkt in den Rückstreuelektronendetektor 1023 eingegeben. Beispielsweise wird ein Szintillator für den Rückstreuelektronendetektor 1023 verwendet und geschieht die Erfassung durch Umwandeln von Elektronen in Licht. Weil die Emissionsintensität des Szintillators proportional zur Energie der emittierten Elektronen ist, werden, wenn beispielsweise eine Spannung von 1 kV an den Rückstreuelektronendetektor 1023 angelegt wird, in der Probe 114 erzeugte rückgestreute Elektronen mit 10 kV als 11 kV aufweisende rückgestreute Elektronen erfasst und nimmt die Emissionsintensität um etwa 10 % zu. Eine Änderung der Emissionsintensität ist eine Änderung der Helligkeit eines auf der Grundlage der erfassten rückgestreuten Elektronen erzeugten SEM-Bilds. Das heißt, dass die Änderung der Helligkeit des SEM-Bilds entsprechend der Brennpunktkorrektur geschieht, was eine Verringerung der Genauigkeit der Inspektion und der Messung hervorrufen kann. Das Gleiche gilt für einen Fall, in dem ein Photoelektronenvervielfacher oder eine Photoelektronenvervielfacherröhre als Rückstreuelektronendetektor verwendet wird.
Bei einem ersten Verfahren wird die Änderung der Helligkeit des SEM-Bilds bis zu einem Grad verringert, bei dem keine Verringerung der Genauigkeit der Inspektion und der Messung auftritt. Insbesondere wird zur Verringerung der Änderung der Helligkeit bis auf ein vorgegebenes Verhältnis oder darunter beispielsweise der Steuerungsbereich der Korrekturspannung auf der Grundlage der Beschleunigungsspannung der Primärelektronen 116 geregelt. Wenn die Beschleunigungsspannung der Primärelektronen 116 beispielsweise auf 10 % oder darunter geregelt wird, beträgt der Steuerungsbereich der Korrekturspannung für Primärelektronen mit einer Beschleunigungsspannung von 30 kV 300 V oder weniger und werden die Schwankungen der Helligkeit des SEM-Bilds verringert.
Bei einem zweiten Verfahren wird ein Signalverstärkungsfaktor in der Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit 138 geändert. Insbesondere ist es durch Steuern des Signalverstärkungsfaktors entsprechend der Korrekturspannung möglich, die Wirkung der Brennpunktkorrektur auf das SEM-Bild zu verringern.
Ein anderes Problem besteht darin, dass sich die Wirksamkeit der Sekundärelektronenerfassung durch den Sekundärelektronendetektor 121 ändert. 4 ist ein Diagramm, das eine Bahn der Sekundärelektronen 117 zeigt. Die Sekundärelektronen 117 durchlaufen die Objektivlinse 113 und werden stromaufwärts erfasst. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es zum Verringern der Korrekturspannung für die Brennpunktkorrektur wünschenswert, den Innendurchmesser d des Rückstreuelektronendetektors 1023 möglichst klein zu machen. Durch Verringern des Innendurchmesser d des Rückstreuelektronendetektors 1023 kann dieser jedoch zu einem Hindernis werden, wodurch die Anzahl der den Sekundärelektronendetektor 121 erreichenden Sekundärelektronen 117 verringert werden kann.
Daher ist die Form des Lochs des Rückstreuelektronendetektors 1023 konisch, wobei sein Innendurchmesser zum Probentisch hin zunimmt. Das Loch ermöglicht das Hindurchtreten der Primärelektronen und der Sekundärelektronen. Wie in 4 dargestellt ist, breiten sich die Sekundärelektronen 117 von der Probe 114 zunächst von der Achse aus, werden durch ein von der Objektivlinse 113 erzeugtes Magnetfeld auf der Achse fokussiert und durchlaufen die Objektivlinse 113. Auf diese Weise kann, indem das Loch des Rückstreuelektronendetektors 1023 mit einer sich zur Probe erstreckenden konischen Form versehen wird, verhindert werden, dass die Sekundärelektronen 117 mit dem Rückstreuelektronendetektor 1023 kollidieren, bevor sie auf der Achse fokussiert wurden, und dass sie zur Probe zurückkehren. Andererseits nimmt die Empfindlichkeit der elektrostatischen Korrektur infolge der konischen Form nicht erheblich ab, weil die Intensität des Magnetfelds der Objektivlinse 113 in der Nähe der Probe verhältnismäßig klein ist, wie in 2 dargestellt. Auf diese Weise kann durch Versehen des Lochs des Rückstreuelektronendetektors 1023 mit einer konischen Form die Wirkung auf die Sekundärelektronenerfassung verringert werden, ohne die Funktionsweise eines elektrostatischen Korrektors erheblich zu beeinträchtigen.
Ein anderes Problem besteht in einer Änderung der Effizienz der Sekundärelektronenerfassung durch den Sekundärelektronendetektor 121. 5 zeigt ein Beispiel einer Bahn der Sekundärelektronen 117, wenn eine hohe negative Spannung als Korrekturspannung an den Rückstreuelektronendetektor 1023 angelegt wird. In diesem Fall werden viele Sekundärelektronen durch die negative Spannung des Rückstreuelektronendetektors 1023 zur Probe zurückgezogen und können nicht oberhalb des Sekundärelektronendetektors 1023 entweichen. Daher wird die Rate der Erfassung der Sekundärelektronen 117 stark verringert. Daher wird eine Spannung, die in Bezug auf die an den Probentisch 1025 angelegte Spannung positiv ist, als Korrekturspannung an den Rückstreuelektronendetektor 1023 angelegt, so dass die Spannung nicht die durch den Rückstreuelektronendetektor 1023 hindurchtretenden Sekundärelektronen 117 stört.
Wenn die Korrekturspannung positiv ist, bewirkt die Brennpunktkorrektur eine Verschiebung der Brennpunktposition in Stromabwärtsrichtung (in einer von der Elektronenquelle zur Probe verlaufenden Richtung). Mit anderen Worten wird die elektrostatische Brennpunktkorrektur nur zur Erhöhung der Brennweite verwendet. Daher wird die Brennpunktposition der elektromagnetischen Linse in einem Zustand grob eingestellt, in dem eine vorgegebene positive Offsetspannung an den Rückstreuelektronendetektor 1023 angelegt ist. Dementsprechend kann die Brennpunktposition sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts eingestellt werden, während die Korrekturspannung positiv bleibt.
6 zeigt ein Beispiel einer Bahn der Sekundärelektronen 117, wenn eine positive Spannung als Korrekturspannung an den Rückstreuelektronendetektor 1023 angelegt wird. Wenn die positive Spannung an den Rückstreuelektronendetektor 1023 angelegt wird, werden die Sekundärelektronen 117 beschleunigt, so dass sie einer Bahn folgen, in der die Linsenwirkung der Objektivlinse 113 geringer als in 4 ist. Diese Bahnänderung kann zu einer Schwankung der Detektionseffizienz für Sekundärelektronen führen.
7 zeigt ein schematisches Gesamtdiagramm eines SEMs, das diesem Problem entspricht. Die gleichen Komponenten wie beim in 1 dargestellten SEM sind mit den gleichen Bezugszahlen versehen, und es wird auf eine wiederholte Beschreibung von ihnen verzichtet. Bei einer Konfiguration aus 7 ist zur Verringerung der Schwankungen der Sekundärelektronen-Detektionseffizienz eine zylindrische Sekundärelektronen-Steuerelektrode 1027 stromaufwärts der Objektivlinse 113 (Elektronenquellenseite) bereitgestellt, um die Bahn der Sekundärelektronen 7117 zu steuern. Eine Sekundärelektronen-Steuerelektroden-Steuereinheit 2023 kann die Rate der Erfassung der Sekundärelektronen unabhängig von einem Brennpunkt-Korrekturvorgang durch Anlegen einer Spannung in Zusammenhang mit einer an den Rückstreuelektronendetektor 1023 angelegten Korrekturspannung an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode 1027 stabilisieren.
Ferner ist als weitere Konfiguration zum Verringern der Schwankungen der Sekundärelektronen-Detektionseffizienz eine scheibenförmige Sekundärelektronen-Reflexionselektrode 1026 mit einem Loch zum Durchlassen der Primärelektronen 116 stromaufwärts der Gitterelektrode 1021 bereitgestellt. Eine Spannung, die niedriger ist als eine durch eine Sekundärelektronen-Reflexionselektroden-Steuereinheit 2020 an den Probentisch 1025 angelegte Spannung, wird an die Sekundärelektronen-Reflexionselektrode 1026 angelegt. Weil bei diesem Beispiel eine negative Spannung an den Probentisch 1025 angelegt wird, ist auch die an die Sekundärelektronen-Reflexionselektrode 1026 angelegte Spannung negativ. Dementsprechend können die infolge einer Bahnänderung durch die Brennpunktkorrektur oberhalb der Gitterelektrode 1021 entweichenden Sekundärelektronen 7117 in Gitterelektrodenrichtung geleitet werden. Weil die Sekundärelektronen auf diese Weise selbst dann stabil zur Gitterelektrode 1021 geleitet werden können, wenn eine leichte Änderung der Bahn der Sekundärelektronen auftritt, wird die Detektionseffizienz der Sekundärelektronen für die Brennpunktkorrektur stabilisiert. Es können jegliche der Konfigurationen zum Verringern der Schwankungen der Sekundärelektronen-Detektionseffizienz verwendet werden, oder es können beide verwendet werden, wie in 7 dargestellt ist.
Die Erfindung wurde vorstehend auf der Grundlage der Ausführungsformen beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschränkt und schließt verschiedene Modifikationen ein. Beispielsweise wurden die vorstehenden Ausführungsformen im Interesse eines leichten Verständnisses der Erfindung beschrieben, wobei sie nicht notwendigerweise darauf beschränkt sind, dass sie alle vorstehend beschriebenen Konfigurationen aufweisen. Ferner kann ein Teil einer Konfiguration einer bestimmten Ausführungsform durch eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden oder kann die Konfiguration der anderen Ausführungsform zur Konfiguration der bestimmten Ausführungsform hinzugefügt werden. Ein Teil der Konfiguration jeder Ausführungsform kann zu einer anderen Konfiguration hinzugefügt werden, daraus entnommen werden oder dadurch ersetzt werden.
Bezugszeichenliste

100: Elektronenquelle
101: Elektronenkanone
102: erste Justiereinrichtung
103: erste Sammellinse
105: zweite Sammellinse
106: erster Abtastablenker
108: zweiter Abtastablenker
113: Objektivlinse
114: Probe
115: Tisch
116: Primärelektron
117: Sekundärelektron
131: Elektronenkanonen-Steuereinheit
132: Erste-Justiereinrichtung-Steuereinheit
133: Erste-Sammellinsen-Steuereinheit
135: Zweite-Sammellinsen-Steuereinheit
137: Erster-Abtastablenker-Steuereinheit
138: Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit
139: Zweiter-Abtastablenker-Steuereinheit
141: Verstärkungsspannungs-Steuereinheit
142: Objektivlinsen-Steuereinheit
144: Probentischspannungs-Steuereinheit
145: Speichervorrichtung
146: Vorrichtungssteuerungs-Berechnungsvorrichtung
147: Anzeigevorrichtung
1017: rückgestreutes Elektron
1021: Gitterelektrode
1023: Rückstreuelektronendetektor
1024: Träger
1025: Probentisch
1026: Sekundärelektronen-Reflexionselektrode
1027: Sekundärelektronen-Steuerelektrode
1028: ExB-Element
1030: oberer Magnetpfad
1031: unterer Magnetpfad
1034: Astigmatismuskorrektor
2020: Sekundärelektronen-Reflexionselektroden-Steuereinheit
2021: Sekundärelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit
2022: Gitterelektroden-Steuereinheit
2023: Sekundärelektronen-Steuerelektroden-Steuereinheit
2024: Astigmatismuskorrektor-Steuereinheit
2025: ExB-Element-Steuereinheit
7117: Sekundärelektron

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5174768 A [0003]
JP 2007095576 A [0003]

Claims

Rasterelektronenmikroskop, welches Folgendes aufweist: ein elektronenoptisches System, das eine einen Elektronenstrahl emittierende Elektronenquelle und eine Objektivlinse aufweist, einen Probentisch, der sich auf einem Tisch befindet und worauf eine Probe angeordnet wird, einen Rückstreuelektronendetektor, der zwischen der Objektivlinse und dem Probentisch angeordnet ist und dafür ausgelegt ist, durch die Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und der Probe emittierte rückgestreute Elektronen zu erfassen, eine Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit, die entsprechend dem Rückstreuelektronendetektor bereitgestellt ist und dafür ausgelegt ist, eine Spannung an den Rückstreuelektronendetektor anzulegen, und eine Vorrichtungssteuerungs-Berechnungsvorrichtung, wobei die Objektivlinse eine Öffnung in Tischrichtung aufweist und die Vorrichtungssteuerungs-Berechnungsvorrichtung eine Brennpunktkorrektur des Elektronenstrahls durch Steuern der von der Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit an den Rückstreuelektronendetektor angelegten Spannung ausführt.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei das elektronenoptische System kein optisches Verzögerungssystem verwendet.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei der Rückstreuelektronendetektor durch einen Träger gehalten wird, der dafür ausgelegt ist, die Position und Neigung des Rückstreuelektronendetektors einzustellen.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 3, wobei der Rückstreuelektronendetektor in einer eine Peakposition des Magnetfelds der Objektivlinse bedeckenden Höhe bereitgestellt ist.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, welches ferner Folgendes aufweist: eine Ablenkersteuereinheit, die entsprechend einem im elektronenoptischen System enthaltenen Ablenker bereitgestellt ist und dafür ausgelegt ist, die Ablenkung des Elektronenstrahls zu steuern, wobei die Vorrichtungssteuerungs-Berechnungsvorrichtung eine Gesichtsfeldverschiebung infolge der Brennpunktkorrektur oder den Emissionswinkel des Elektronenstrahls korrigiert, indem sie die Ablenkersteuereinheit in Zusammenhang mit der von der Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit an den Rückstreuelektronendetektor angelegten Spannung steuert.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, welches ferner Folgendes aufweist: eine Astigmatismuskorrektor-Steuereinheit, die entsprechend einem im elektronenoptischen System enthaltenen Astigmatismuskorrektor bereitgestellt ist und dafür ausgelegt ist, den Astigmatismus des Elektronenstrahls zu steuern, wobei die Vorrichtungssteuerungs-Berechnungsvorrichtung den Astigmatismus des Elektronenstrahls infolge der Brennpunktkorrektur korrigiert, indem sie die Astigmatismuskorrektor-Steuereinheit in Zusammenhang mit der von der Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit an den Rückstreuelektronendetektor angelegten Spannung steuert.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die von der Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit an den Rückstreuelektronendetektor angelegte Spannung auf der Grundlage der Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls geregelt wird.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit den Verstärkungsfaktor eines Signals vom Rückstreuelektronendetektor entsprechend der von der Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit an den Rückstreuelektronendetektor angelegten Spannung steuert.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, welches ferner Folgendes aufweist: einen Sekundärelektronendetektor, der stromaufwärts der Objektivlinse angeordnet ist und dafür ausgelegt ist, infolge der Wechselwirkung zwischen dem Elektronenstrahl und der Probe emittierte Sekundärelektronen zu erfassen, wobei der Rückstreuelektronendetektor ein Loch aufweist, durch das der Elektronenstrahl und die Sekundärelektronen hindurchtreten, und das Loch eine konische Form aufweist, wobei der Innendurchmesser zum Probentisch hin zunimmt.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 9, wobei die Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit eine Spannung an den Rückstreuelektronendetektor anlegt, die gegenüber der an den Probentisch angelegten Spannung positiv ist.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 10, wobei die von der Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit an den Rückstreuelektronendetektor angelegte Spannung eine positive Offsetspannung aufweist.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 9, welches ferner Folgendes aufweist: eine Sekundärelektronen-Reflexionselektrode, die stromaufwärts einer Gitterelektrode bereitgestellt ist, welche das elektrische Streufeld des Sekundärelektronendetektors blockiert, wobei eine Spannung, die niedriger ist als die an den Probentisch angelegte Spannung, an die Sekundärelektronen-Reflexionselektrode angelegt wird.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 9, welches ferner Folgendes aufweist: eine Sekundärelektronen-Steuerelektrode, die stromaufwärts der Objektivlinse bereitgestellt ist und dafür ausgelegt ist, die Bahn der Sekundärelektronen zu steuern, und eine Sekundärelektronen-Steuerelektroden-Steuereinheit, die entsprechend der Sekundärelektronen-Steuerelektrode bereitgestellt ist, wobei die Vorrichtungssteuerungs-Berechnungsvorrichtung Schwankungen der Sekundärelektronen-Detektionseffizienz des Sekundärelektronendetektors verringert, indem sie die Sekundärelektronen-Steuerelektroden-Steuereinheit in Zusammenhang mit der von der Rückstreuelektronen-Detektionssystem-Steuereinheit an den Rückstreuelektronendetektor angelegten Spannung steuert.