DE69332995T2 - Raster-Elektronenmikroskop - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft allgemein ein Rasterelektronenmikroskop zum Erhalten eines Rasterbilds durch Durchscannen eines Elektronenflecks auf einer Probe, und insbesondere betrifft sie ein Rasterelektronenmikroskop, mit dem ein Rasterbild mit hoher räumlicher Auflösung innerhalb eines Bereichs niedriger Beschleunigungsspannungen erhalten werden kann.
  • In Ultramicroscopy 42, 1992, Seiten 399–410 ist ein Rasterelektronenmikroskop gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart.
  • Herkömmlicherweise werden Rasterelektronenmikroskope dazu verwendet, Beobachtungen und Längenmessungen in der Submikrometer-Größenordnung (1 Mikrometer oder weniger) vorzunehmen, wie bei Kontaktlöchern und Leitungsmustern bei einer Probe eines Halbleiterbauteils.
  • Ein Rasterelektronenmikroskop erfasst ein Rasterbild (REM-Bild) durch Durchscannen eines von einer Elektronenquelle vom Beheizungstyp oder Feldemissionstyp emittierten Elektronenstrahls auf einer Probe, um Sekundärteilchen wie Sekundärelektronen sowie Rückstreuelektronen als Erfassungssignale zu erfassen, die als Helligkeitsmodulations-Eingangssignal für eine Kathodenstrahlröhre verwendet werden, die synchron mit dem Scannen des Elektronenstrahls durchgescannt wird. Bei typischen Rasterelektronenmikroskopen werden von einer Elektronenquelle emittierte Elektronen zwischen der Elektronenquelle, an die ein negatives Potenzial angelegt wird, und einer mit dem Massepotenzial verbundenen Anode beschleunigt. Die beschleunigten Elektronen werden auf die mit dem Massepotenzial verbundene Probe fokussiert.
  • Seit Kurzem werden Rasterelektronenmikroskope beim Herstellprozess und bei Untersuchungen von Halbleiterbauteilen verwendet. Zu diesem Zweck entstand Bedarf am Erzielen einer hohen Auflösung unter 10 nm unter Verwendung einer niedrigen Beschleunigungsspannung von unter 1.000 V, um ein isolierendes Material ohne jeden Aufladeeffekt zu betrachten.
  • D. h., dass eine Probe eines Halbleiterbauteils im Allgemeinen dadurch hergestellt wird, dass ein elektrischer Isolator wie SiO2 oder SiN auf einem leitenden Abschnitt aus Al oder Si hergestellt wird. Wenn ein Elektronenstrahl auf die Probe des Halbleiterbauteils gerichtet wird, wird die Oberfläche der elektrischen Isolierung negativ elektrisch aufgeladen (was nachfolgend einfach als "Aufladen" bezeichnet wird), es ändert sich die Flugbahn der emittierten Elektronen und es ändert sich die Flugbahn der Primärelektronen als solcher. Im Ergebnis kann im REM(Rasterelektronenmikroskop)-Bild anormaler Kontrast oder eine Verzerrung auftreten.
  • Die obige Bildstörung aufgrund des Aufladens beeinflusst die Betrachtung von Kontaktlöchern und die Längenmessung von Leitungen und Zwischenräumen in ernsthafter Weise. Daher ist es dadurch erschwert, nicht nur Halbleiter-Herstellprozesse auszuwerten, sondern auch die Qualität von Halbleiterbauteilen zu gewährleisten. Aus diesem Grund wird herkömmlicherweise ein sogenanntes REM mit niedriger Beschleunigungsspannung verwendet, bei dem die Energie des Primärelektronenstrahls, der auf einer Probe durchgerastert wird, 1 keV oder weniger beträgt.
  • Jedoch bestehen beim oben beschriebenen Stand der Technik die folgenden verschiedenen Probleme. Wenn nämlich die Beschleunigungsspannung niedriger wird, wird eine Betrachtung mit hoher Verstärkung schwierig, da die Auflösung durch die Zunahme chromatischer Aberration, die durch eine Energiespreizung von Elektronenstrahlen hervorgerufen wird, die Auflösung extrem beeinträchtigt ist. Wenn der Elektronenstrahl gesenkt würde, würde das Verhältnis des Sekundärsignals zum Rauschsignal (S/R) extrem abnehmen, der Kontrast eines REM-Bilds wäre beeinträchtigt und die Betrachtung bei hoher Verstärkung und Auflösung wäre schwierig. Insbesondere werden bei einem durch eine Technik mit ultrafeiner Bearbeitung hergestellten Halbleiterbauteil Signale extrem schwach, wie sie durch ausgesparte Abschnitte von Kontaktlöchern und Leitungsmuster erzeugt werden. Daher macht dies eine Feinbetrachtung und eine Längenmessung sehr schwierig.
  • Um dieses Problem zu lösen, wurden einige Verfahren vorgeschlagen. Z. B. wird gemäß Proceedings of IEEE 9th Annual Symposium on Electron, Ion and Laser Technology, Seiten 176 bis 186, wo auch ein Rasterelektronenmikroskop gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart ist, die zwischen die Elektronenquelle und die auf das Massepotenzial gelegte Anode gelegte Beschleunigungsspannung auf einen hohen Wert eingestellt, und zwischen der auf das Massepotenzial gelegten Objektivlinse und der zu untersuchenden Probe, an die das negative Potenzial angelegt wird, wird ein verzögerndes statisches Feld erzeugt, damit auf die Probe Bestrahlte Elektronenstrahlen verzögert werden. So wird die Beschleunigungsspannung schließlich auf eine relativ niedrige Spannung eingestellt, und für ein derartiges vorgeschlagenes Rasterelektronenmikroskop ist angegeben, dass sowohl die chromatische Aberration verringert werden kann als auch ein Aufladen verhindert werden kann.
  • Jedoch bestehen, da das Anlegen negativer Potenziale an die Probe bei diesem bekannten Rasterelektronenmikroskop durch die Bediener von Hand erfolgt, bestimmte Möglichkeiten, dass zwischen der Probe und dem Massepotenzial ein Kurzschluss auftritt, wenn es der Bediener vergisst, das Anlegen negativer Potenziale an die Probe während des Probenwechsels abzuschalten. Darüber hinaus bestehen Möglichkeiten dahingehend, dass Proben wie Halbleiterbauteile, die leicht auf nachteilige Weise durch elektrische Schäden beeinflusst werden, durch plötzliche Potenzialänderungen wie sie durch einen Kurzschluss hervorgerufen werden, zerstört werden. Infolgedessen existieren verschiedene Probleme. D. h., dass sorgfältige Bedienung erforderlich ist, wenn die angelegte Spannung EIN-/AUSgeschaltet wird, während die Probe im Rasterelektronenmikroskop angebracht und ausgetauscht wird, d. h. dass eine schwierige Probenhandhabung erforderlich ist.
  • ZUSAMMEMFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es war eine Aufgabe der Erfindung, die oben beschriebenen herkömmlichen Probleme zu lösen und demgemäß ein Rasterelektronenmikroskop zu schaffen, bei dem eine Probe auf einfache Weise angebracht und ausgetauscht werden kann, wobei es sich um ein solches Rasterelektronenmikroskop handelt, bei dem zwischen einer Objektivlinse und der Probe ein verzögerndes statisches Feld für Elektronenstrahlen erzeugt wird.
  • Die oben erläuterte Aufgabe ist durch ein Rasterelektronenmikroskop gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
  • Bei der oben angegebenen Anordnung kann der Bediener, da die negative Spannung an der Elektrode in Zusammenhang mit einer Vorbereitungsoperation zum Anbringen und Austauschen der Probe automatisch abgeschaltet wird, die Probe anbringen und austauschen, ohne dass er dem Anlegen der negativen Spannung an die Probe spezielle Aufmerksamkeit widmen müsste, was zu sehr einfacher Handhabung führt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Für ein vollständigeres Verständnis der Erfindung, sowie deren Vorteile, ist nun auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug zu nehmen.
  • 1 ist ein schematisches Aufbaudiagramm eines Rasterelektronenmikroskops gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 ist ein schematisches Aufbaudiagramm der in der 1 dargestellten Rasterelektronenmikroskop-Einheit;
  • 3 ist ein Flussdiagramm zum Darstellen eines Hauptbetriebsablaufs des erfindungsgemäßen Rasterelektronenmikroskops;
  • 4 ist ein schematisches Aufbaudiagramm einer anderen Rasterelektronenmikroskop-Einheit, um Einzelheiten der Erfindung zu veranschaulichen;
  • 5 ist ein schematisches Aufbaudiagramm einer anderen Rasterelektronenmikroskop-Einheit, um Einzelheiten der Erfindung zu veranschaulichen;
  • 6 ist ein schematisches Aufbaudiagramm einer anderen Rasterelektronenmikroskop-Einheit, um Einzelheiten der Erfindung zu veranschaulichen;
  • 7 ist ein schematisches Aufbaudiagramm einer anderen Rasterelektronenmikroskop-Einheit, um Einzelheiten der Erfindung zu veranschaulichen;
  • 8 ist ein schematisches Aufbaudiagramm einer anderen Rasterelektronenmikroskop-Einheit, um Einzelheiten der Erfindung zu veranschaulichen;
  • 9 ist ein schematisches Aufbaudiagramm einer weiteren Rasterelektronenmikroskop-Einheit, um Einzelheiten der Erfindung zu veranschaulichen; und
  • 10 ist ein schematisches Aufbaudiagramm noch einer weiteren Rasterelektronenmikroskop-Einheit, um Einzelheiten der Erfindung zu veranschaulichen.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nun die Erfindung im Einzelnen beschrieben.
  • Die 1 ist ein schematisches Aufbaudiagramm eines Rasterelektronenmikroskop-Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dieses Mikroskopsystem besteht aus einem Rasterelektronenmikroskop-Hauptkörper 100 und einem Probenaustauschmechanismus 200. Die 2 zeigt schematisch den Aufbau des in der 1 dargestellten Rasterelektronenmikroskop-Hauptkörpers 100.
  • Gemäß der 2 bilden eine Kathode 1, eine Extraktionselektrode 2 und eine Anode 3 eine Elektronenkanone vom Feldemissionstyp. Zwischen die Kathode 1 und die Extraktionselektrode 2 wird eine Extraktionsspannung 4 gelegt, und an die Kathode 1 wird eine Beschleunigungsspannung 5 gelegt. Ein von der Kathode 1 emittierter Elektronenstrahl 20a wird durch die zwischen die Extraktionselektrode 2 und die auf das Massepotenzial gelegte Anode 3 weiter beschleunigt.
  • Im Ergebnis stimmt die Energie (Beschleunigungsspannung) des durch die Anode 3 laufenden Elektronenstrahls mit der Beschleunigungsspannung 5 überein. Da über einen Probenhalter 21 die Spannung einer negativen Überlagerungs-Spannungsquelle 6 an die Probe 18 angelegt wird und da zwischen einer Objektivlinse 17 und der Probe 18 ein verzögerndes, statisches Feld erzeugt wird, entspricht die Beschleunigungsspannung des auf die Probe 18 geleuchteten oder gestrahlten Elektronenstrahls einer Spannung, die dadurch erhalten wird, dass die Spannung der negativen Überlagerungs-Spannungsquelle 6 von der Beschleunigungsspannung 5 abgezogen wird.
  • Der Elektronenstrahl 20b, der beschleunigt ist, da er durch die Anode 3 gelaufen ist, wird durch eine Kondensorlinse 7 und die Objektivlinse 17 auf die Probe 18 fokussiert. Der durch die Objektivlinse 17 laufende Elektronenstrahl wird durch das verzögernde statische Feld verzögert, das zwischen der Objektivlinse 17 und der Probe 18 ausgebildet ist, und er erreicht die Probe 18 mit einer Energie, die einer Spannung entspricht, die im Wesentlichen dadurch erhalten wurde, dass die Spannung der Überlagerungs-Spannungsquelle 6 von der Beschleunigungsspannung abgezogen wurde.
  • Der Divergenzwinkel des Elektronenstrahls an der Objektivlinse 17 ist durch eine unter die Kondensorlinse 7 gesetzte Blende 8 bestimmt. Das Zentrieren der Blende 8 erfolgt durch Betätigen eines Einstellknopfs 10.
  • Der beschleunigte Elektronenstrahl 20b wird durch eine obere Scanspule 11 und eine untere Scanspule 12 abgelenkt. Der fokussierte Elektronenstrahl 20c, der durch das verzögernde statische Feld verzögert wurde, wird auf Rasterweise auf der Probe 18 durchgescannt. Bei dieser Ausführungsform sind die Scanspulen in zwei Ebenen angeordnet, so dass der durchgescannte Elektronenstrahl immer durch das Zentrum der Objektivlinse 17 läuft.
  • Die Probe 18 ist an einem Probenhalter 21 befestigt, der über einen Isoliertisch 9 auf einem Probentisch 19 montiert ist, dessen Position entlang der horizontalen Richtung und dergleichen einstellbar ist. Die Spannung der Überlagerungs-Spannungsquelle 6 wird an den Probenhalter 21 angelegt.
  • Von der Probe 18, auf die der verzögerte Elektronenstrahl 20c gestrahlt wird, emittierte Sekundärelektronen 24 werden durch das zwischen der Objektivlinse 17 und der Probe 18 erzeugte verzögernde statische Feld beschleunigt, und sie werden dann innerhalb der Objektivlinse 17 entnommen, und sie steigen ferner mit einer Spiralbewegung an, während sie durch das Magnetfeld der Objektivlinse 17 beeinflusst werden.
  • Die die Objektivlinse 17 durchlaufenden Sekundärelektronen 24 werden durch eine Extraktionselektrode 13 absorbiert, die außerhalb des Elektronenstrahlspfads zwischen der Objektivlinse 17 und der unteren Scanspule 12 vorhanden ist, und an die ein positives Potenzial angelegt wird. Dann werden die Sekundärelektronen 24 entnommen und durch einen Szintillator 14 beschleunigt, an den ein positives Potenzial von 10 kV angelegt wird, so dass der Szintillator 14 leuchtet.
  • Das emittierte Licht wird durch einen Lichtleiter 15 auf eine Fotovervielfacherröhre 16 gelenkt und in elektrische Signale umgesetzt. Das Ausgangssignal der Fotovervielfacherröhre 16 wird weiter verstärkt, um als Helligkeitsmodulations-Eingangssignal einer Kathodenstrahlröhre zu dienen. Jedoch ist kein diesen Prozess darstellendes Diagramm gezeigt.
  • Bei einem Rasterelektronenmikroskop mit einer derartigen Strukturanordnung, wie sie oben beschrieben ist, konnte, da die Energie des Elektronenstrahls 20b beim Durchlaufen der Kondensorlinse 7, der Blende 8 und der Objektivlinse 17 höher als die des Elektronenstrahls 20c im Endstadium ist, chromatische Aberration verbessert werden und es konnte eine höhere Auflösung als beim herkömmlichen Mikroskopsystem erzielt werden.
  • Darüber hinaus konnte das Problem des Aufladens der Probe gelöst werden, da der auf die Probe gestrahlte Primärelektronenstrahl verlangsamt oder verzögert wird, so dass er niedrige Energie aufweist.
  • Genauer gesagt, betrug der Strahldurchmesser 15 nm, wenn nur die Beschleunigungsspannung von 500 V angelegt wurde. Dagegen konnte der Strahldurchmesser in vorteilhafter Weise 10 nm betragen, wenn einer Beschleunigungsspannung von 1.000 V eine Überlagerungsspannung von 500 V überlagert wurde.
  • In der 1 sind Bauelemente wie die Feldemissionskathode 1, die Extraktionselektrode 2, die Anode 3, die Kondensorlinse 7, die Objektivlinse 17, die Probe 18, der Probenhalter 21, der Isoliertisch 9 und der Probentisch 19 innerhalb einer Vakuumkammer 61 enthalten. Es sei darauf hingewiesen, dass das Vakuum-Abpumpsystem aus der 1 weggelassen ist.
  • Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, dass unter der Bedingung, dass eine negative Spannung an die Probe 18 angelegt wird, vermieden werden muss, dass sich der Probenaustausch durch einen Probenaustauschmechanismus 77 und die Vakuumkammer 61 unter Atmosphärendruck befinden. Anders gesagt, darf die Spannung der Überlagerungs-Spannungsquelle 6 nur dann angelegt werden, wenn der Elektronenstrahl auf der Probe 18 durchgerastet wird.
  • Daher wird gemäß der Erfindung erst dann, wenn alle der folgenden drei Bedingungen, die Vorbereitungsoperationen zum Anbringen/Austauschen einer Probe sind, erfüllt sind, eine Steuerung zum Schließen eines Schalters S2 auf solche Weise ausgeführt, dass die Spannung der Überlagerungs-Spannungsquelle 6 an die Probe 18 gelegt wird. Gemäß der ersten Bedingung wird ein Schalter S1 geschlossen, um die Beschleunigungsspannung 5 anzulegen. Gemäß der zweiten Bedingung werden sowohl ein Schieber G1 als auch ein Schieber G2, die zwischen der Kathode 1 und der Probe 18 vorhanden sind, geöffnet. Gemäß der dritten Bedingung wird ein Schieber G3, durch den die Probe laufen soll, geschlossen, wenn die Probe 18 unter Verwendung des Probenaustauschmechanismus 77 auf dem Probentisch 19 angebracht wird.
  • Die oben angegebene Steuerung des Schalters S2 erfolgt durch eine Betriebssteuervorrichtung 62. Diese Betriebssteuervorrichtung steuert den Gesamtbetrieb des Rasterelektronenmikroskop-System entsprechend Operationen einer CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) 63. Insbesondere wird nun eine Steuerungsoperation für den Schalter S2 erläutert.
  • Die Betriebssteuervorrichtung 62 führt einen Steuervorgang zum Öffnen und Schließen der Schalter S1, S2 und der Schieber G1, G2, G3 entsprechend einem von der CPU G3 ausgeführten Befehl aus, und sie klärt auch, ob die Betriebssteuerung auf den Befehl hin ausgeführt wurde. Hierbei wird der Steuerungsvorgang zum EIN-/AUSschalten des Schalters S2 zum Anlegen der Überlagerungsspannung auch entsprechend einem in der 3 dargestellten Flussdiagramm ausgeführt. Als Erstes erfolgt in einem Schritt S64 eine Prüfung dahingehend, ob der Schalter S1 für die Beschleunigungsspannung geschlossen ist oder nicht. Wenn das Prüfungsergebnis JA wird, erfolgt in einem Schritt 65 eine andere Prüfung dahingehend, ob die Schieber G1 und G2 im Elektronenstrahlpfad offen sind oder nicht. Wenn in diesem Schritt das Prüfungsergebnis JA wird, geht der Steuerungsprozess zu einem Schritt GG weiter, in dem eine Beurteilung dahingehend erfolgt, ob der im Pfad, entlang dem die Probe eingeführt und entnommen wird, vorhandene Schieber G3 geschlossen ist. Wenn in diesem Schritt das Beurteilungsergebnis JA wird, wird, da alle der oben angegebenen drei Bedingungen erfüllt sind, der Schalter S2 zum Anlegen der Überlagerungsspannung an die Probe geschlossen. Wenn auch nur ein Beurteilungsergebnis bei den oben erläuterten Schritten 64 bis 66 NEIN wird, wird, da irgendeine der drei Bedingungen nicht erfüllt ist, der Schalter S2 im Schritt 68 geöffnet, so dass keine Überlagerungsspannung an die Probe angelegt wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der Probenhalter 21 elektrisch über einen Entladungswiderstand R mit dem Probentisch 19 verbunden wird, wenn der Schalter S2 geöffnet wird, so dass Elektronen, mit denen der Probentisch 18 geladen ist, schnell über den Probenhalter 21, den Entladungswiderstand R und den Probentisch 19 mit einer vorausgewählten Zeitkonstante entladen werden, wodurch das Potenzial der Probe 18 zum Massepotenzial wird.
  • Es sei auch darauf hingewiesen, dass eine solche normale Abfolge, gemäß der die Schieber G1 und G2 ebenfalls nur dann geöffnet werden, wenn die Beschleunigungsspannung 5 unter einer bestimmten Bedingung angelegt werden kann, gemäß der der Vakuumgrad um die Kathode 1 herum höher als ein voreingestellter Wert ist, oder nur dann, wenn der Vakuumgrad der Vakuumkammer 61 höher als ein voreingestellter Wert ist.
  • Obwohl bei dieser Ausführungsform beschrieben wurde, dass dann, wenn alle oben erläuterten drei Bedingungen erfüllt sind, die Überlagerungsspannung 6 angelegt wird, kann der Schalter S2 auch geschlossen werden, wenn entweder eine oder zwei dieser Bedingungen erfüllt werden kann.
  • Die 4 ist ein schematisches Aufbaudiagramm zum Darstellen einer Sekundärelektronen-Erfassungseinheit eines Rasterelektronenmikroskops gemäß einem ersten Beispiel, das keine Ausführungsform der Erfindung ist, wobei dieselben Symbole wie bei der ersten Ausführungsform dieselben oder entsprechende Abteile repräsentieren.
  • Bei der in der 2 dargestellten Ausführungsform werden Sekundärelektronen 24 dadurch erfasst, dass sie durch die Absorptionselektrode 13 nach außerhalb des Elektronenstrahlpfads gelenkt werden. Jedoch werden beim ersten Beispiel die Sekundärelektronen durch einen Mehrkanalplatten-Detektor 26 erfasst.
  • Gemäß dieser Zeichnung wird ein scheibenförmiger Mehrkanalplattenhauptkörper 25 mit einem zentralen Loch 33 zwischen der Objektivlinse 17 und der unteren Scanspule 12 verwendet. Der Durchmesser des zentralen Lochs 33 wird so gewählt, dass er einer Größe entspricht, bei der der durch die untere Scanspule 12 abgelenkte Elektronenstrahl 12b nicht auf dieses zentrale Loch 33 stößt. Unter dem Mehrkanalplatten-Hauptkörper 25 ist ein Gitter 24 vorhanden.
  • Bei einer derartigen Konstruktion wird, nachdem der beschleunigte Elektronenstrahl 20b durch das zentrale Loch 33 des Mehrkanalplatten-Hauptkörpers 25 gelaufen ist, der Elektronenstrahl 20b durch die Objektivlinse 17 fokussiert und dann auf die Probe 18 gestrahlt. Die von der Probe 18 emittierten Sekundärelektronen 24 unterliegen der Linsenwirkung der Objektivlinse 17, sie durchlaufen divergierend das in die Vorderseite eingesetzte Gitter 34, und sie treten in die Mehrkanalplatte 25 ein. Die Sekundärelektronen 24, die in die Mehrkanalplatte 25 eingetreten sind, werden durch eine Beschleunigungsspannung 28 beschleunigt und verstärkt, die an die beiden Enden der Mehrkanalplatte 25 angelegt wird.
  • Die verstärkten Elektroden 27 werden durch die Anodenspannung 29 weiter beschleunigt und durch die Anode 37 eingefangen.
  • Nachdem die eingefangenen Sekundärelektronen durch einen Verstärker 30 verstärkt wurden, werden sie durch eine Lichtwandelschaltung 31 in Licht umgesetzt. Der Grund dafür, dass die Sekundärelektronen in Licht 32 umgesetzt werden, besteht darin, dass der Verstärker durch die Verstärkungsspannung 28 der Mehrkanalplatte 25 usw. in einen potenzialfreien Zustand gebracht wird.
  • Das Licht wird durch eine elektrische Wandlerschaltung 35 für das Massepotenzial erneut in elektrische Signale umgesetzt und als Helligkeitsmodulationssignal für das Rasterbild verwendet. Gemäß diesem Verfahren können nicht nur die Sekundärelektronen sondern auch die Rückstreuelektronen erfasst werden.
  • Wie es aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, können durch dieses Beispiel ähnliche Vorteile wie bei der Ausführungsform erzielt werden.
  • Die 5 ist ein schematisches Aufbaudiagramm zum Darstellen einer Sekundärelektronen-Erfassungseinheit eines Rasterelektronenmikroskops gemäß einem zweiten Beispiel, das keine Ausführungsform der Erfindung ist, wobei dieselben Symbole wie beim ersten Beispiel dieselben oder entsprechende Teile repräsentieren. Das zweite Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass gewünschte Sekundärsignale selektiv erfasst werden können.
  • Gemäß dieser Zeichnung wird eine Filterspannung, mit der das Potenzial der Kanalplatte 25 wahlfrei gesteuert werden kann, von einer Spannungsquelle 36 an die Kanalplatte 25 angelegt.
  • Wenn z. B. die Filterspannung von der Spannungsquelle 36 als eine negative Spannung angenommen wird, die um ungefähr 10 V niedriger als die Überlagerungsspannung von der Spannungsquelle 6 ist, werden die Sekundärelektronen unter den von einer Probe emittierten Sekundärelektronen und den Rückstreuelektronen durch ein umgekehrtes elektrisches Feld abgestoßen, das zwischen der Kanalplatte 25 und dem Gitter 34 erzeugt wird, und es können nur die Rückstreuelektronen, die über höhere Energie verfügen, selektiv erfasst werden.
  • Es ist auch möglich, das Potenzial der Probe dadurch herauszufinden, dass die Filterspannung gemessen wird, die eine Grenze für das Abstoßen von Sekundärelektronen ist. So ist es möglich, die Funktionen fertiggestellter Halbleiterbauteile durch Hinzufügen einer derartigen Funktion zu untersuchen.
  • Die 6 ist ein schematisches Aufbaudiagramm zum Darstellen einer Sekundärelektronen-Erfassungseinheit eines Rasterelektronenmikroskops gemäß einem dritten Beispiel, das keine Ausführungsform der Erfindung ist, wobei dieselben Bezugszahlen zum Bezeichnen derselben oder ähnlicher Komponenten verwendet sind. Dieses Beispiel dient zum Anbringen eines Energiefilters, d. h. einer Potenzialbarriere über der Objektivlinse 17. Genauer gesagt, ist bei diesem Beispiel ein linseninternes Verfahren repräsentiert, bei dem die Probe 18 innerhalb der Objektivlinse 17 angeordnet wird.
  • Das Energiefilter besteht aus einem Zylinder 46, einem Paar von Abschirmgittern 41 und einem Filtergitter 42. Ähnlich wie das zweite Beispiel in der 4 ermöglicht es dieses Beispiel, das Potenzial der Probe 18 durch Steuern der Filterspannung zum geeigneten Einstellen des Potenzials des Filtergitters 42 zu messen. Darüber hinaus ermöglicht es dieses Beispiel, selektiv nur Sekundärelektronen zu erfas sen, ohne Rückstreuelektronen zu erfassen, wenn die Spannung der Extraktionselektrode 13 geeignet ausgewählt wird.
  • Bei diesem linseninternen System ist der Probentisch 19 innerhalb der Objektivlinse 17 angeordnet, und die Probe 18 wird über den Isoliertisch 9 und den Probenhalter 21 am Probentisch 19 befestigt. Die Überlagerungsspannung 6 wird an den Probenhalter 21 gelegt, und zwischen der Probe 18 und der Objektivlinse 17 wird ein verzögerndes statisches Feld erzeugt. Im oberen Abschnitt der Objektivlinse 17 ist eine Aktivierungsspule 45 für dieselbe befestigt. Das Objektiv 17 ist ausreichend groß, um Wafer von acht Zoll aufzunehmen.
  • Die 7 ist ein schematisches Aufbaudiagramm zum Darstellen einer Sekundärelektronen-Erfassungseinheit eines Rasterelektronenmikroskops gemäß einem vierten Beispiel, das keine Ausführungsform der Erfindung ist, wobei dieselben Symbole wie beim dritten Beispiel dieselben oder entsprechende Teile repräsentieren. Mit diesem Beispiel kann eine Probe betrachtet werden, die beschädigt würde, wenn ein starkes elektrisches Feld an sie angelegt würde.
  • Bei integrierten Halbleiterschaltungen kann ein Element durch ein starkes elektrisches Feld zerstört werden. Um dieses Problem zu lösen, ist dieses Beispiel mit einer Steuerelektrode 39 zwischen der Objektivlinse 17 und der Probe 18 versehen, um eine Spannung von einigen 10 Volt, die von einer Steuerspannungsquelle 40 geliefert wird, an die Steuerelektrode 39 anzulegen.
  • Gemäß diesem Beispiel wird das zwischen der Objektivlinse 17 und der Probe 18 erzeugte elektrische Feld durch die Steuerelektrode 39 geschwächt, so dass eine Zerstörung des Elements verhindert werden kann.
  • Die 8 ist ein schematisches Aufbaudiagramm zum Darstellen einer Sekundärelektronen-Erfassungseinheit eines Rasterelektronenmikroskops gemäß einem fünften Beispiel, das keine Ausführungsform der Erfindung ist, wobei dieselben Symbole wie beim vierten Beispiel dieselben oder entsprechende Teile repräsentieren.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform und beim dritten Beispiel werden die Sekundärelektronen unter Verwendung des elektrischen Felds abgelenkt, und dann werden die abgelenkten Sekundärelektronen durch den Detektor erfasst. Bei diesem Beispiel werden die Sekundärteilchen unter Verwendung eines Magnetfelds und eines elektrischen Felds abgelenkt.
  • Wenn die Verzögerungsspannung ansteigt, fällt die Energiedifferenz zwischen dem Primärelektronenstrahl 20b und den von der Probe emittierten und durch das verzögernde statische Feld beschleunigten Sekundärelektronen 24. Daher lenkt ein durch die Extraktionselektrode 13 zum Extrahieren der Sekundärelektronen 24 erzeugtes elektrisches Feld "E" nicht nur die Sekundärelektronen 24 sondern auch den Primärelektronenstrahl 20b ab.
  • Das vorliegende Beispiel löst dieses Problem durch Berücksichtigen der Tatsache, dass die Ablenkrichtung eines Elektronenstrahls durch ein Magnetfeld "B" von der Ausbreitungsrichtung der Elektronenstrahlablenkung des Primärelektronenstrahls 20b abhängt, da das elektrische Feld "E" durch das Magnetfeld "B" aufgehoben wird und das Magnetfeld die Ablenkung der Sekundärelektronen 24 unterstützt.
  • D. h., dass bei diesem Beispiel das Magnetfeld B auf solche Weise erzeugt wird, dass der Primärelektronenstrahl 22b in der Richtung entgegengesetzt zur Ablenkungsrichtung abgelenkt wird, die durch das durch die Extraktionselektrode 13 erzeugte elektrische Feld E hervorgerufen ist. Daher wird die Ablenkung des Elektronenstrahls 22b durch das elektrische Feld E dadurch aufgehoben, dass die Stärke des Magnetfelds B geeignet eingestellt wird.
  • Andererseits nimmt, da die Ablenkrichtung der Sekundärelektronen durch das Magnetfeld B dieselbe wie die durch das elektrische Feld E ist, die Ablenkstärke für die Sekundärelektronen zu, und diese können leicht erfasst werden.
  • Die 9 ist ein schematisches Aufbaudiagramm zum Darstellen einer Sekundärelektronen-Erfassungseinheit eines Rasterelektronenmikroskops gemäß einem sechsten Beispiel, das keine Ausführungsform der Erfindung ist, wobei dieselben Symbole wie beim fünften Beispiel dieselben oder entsprechende Teile kennzeichnen. Bei diesem Beispiel werden Sekundärsignale unter Verwendung eines Einkristall-Szintillators erfasst.
  • Gemäß dieser Zeichnung ist ein Einkristall-Szintillator 55 so aufgebaut, dass z. B. ein zylindrischer YAG-Einkristall schräg durchgeschnitten ist, eine Öffnung 57 zum Durchlassen der Primärelektroden 20b in der Schnittfläche ausgebildet ist, der vorderste Abschnitt des Szintillators 55 mit einem leitenden Dünnfilm 56 aus Metall oder Kohlenstoff beschichtet ist und das Massepotenzial an den Dünnfilm 56 angelegt wird.
  • Bei diesem Beispiel liegt der durch die Kondensorlinse 7 erzeugte Überkreuzungspunkt 58 des Primärelektronenstrahls 20b nahe der Öffnung 57, und der durch die Objektivlinse 17 erzeugte Überkreuzungspunkt 59 der Sekundärelektronen 24 liegt entfernt von der Öffnung 57. Demgemäß können die Sekundärelektronen 24 effizient erfasst werden, während der Primärelektronenstrahl 20b nicht durch die Öffnung 57 abgeschirmt wird.
  • Es ist zu beachten, dass das obige sechste Beispiel dergestalt beschrieben ist, dass der Lichtemissionsabschnitt des Szintillators und der Lichtleiter durch einen YAG-Einkristall gebildet sind. Alternativ kann nur der Lichtemissionsabschnitt des Szintillators zum Erfassen von Sekundärelektronen aus einem YAG-Einkristall bestehen, und die anderen Abschnitte desselben können durch ein transparentes Element, wie Glas und Harz, hergestellt sein.
  • Die 10 ist ein schematisches Aufbaudiagramm zum Darstellen einer Sekundärelektronen-Erfassungseinheit eines Hauptteils eines Rasterelektronenmikroskops gemäß einem siebten Beispiel, das keine Ausführungsform der Erfindung ist, wobei dieselben Symbole wie beim sechsten Beispiel dieselben oder entsprechende Teile repräsentieren.
  • Bei diesem Beispiel ist eine Anode zum Aufbauen einer Elektronenkanone weggelassen, und ein Elektronenstrahl wird durch die Extraktionsspannung 4 beschleunigt, die zwischen die mit dem Massepotenzial verbundene Extraktionselektrode 2 und die Kathode 1 gelegt wird. Die durch die Extraktionselektrode 4 beschleunigten Elektronen werden durch die Objektivlinse 17 konvergiert und dann zur Probe 18 gelenkt. Der positive Pol der Beschleunigungsspannungsquelle 5 ist mit der Probe 18 verbunden. Dabei wird, da die Spannung der Beschleunigungsspannungsquelle 5 höher als die Spannung der Extraktionsspannungsquelle 4 im Bereich niedriger Beschleunigungsspannungen ist, der Elektronenstrahl durch die Beschleunigungsspannung 5 zwischen der Objektivlinse 17 und der Probe 18 abgelenkt, und er erreicht dann die Probe. Beim typischen Beispiel ohne Verwendung der Feldemissionskathode beträgt die Extraktionsspannung 3 kV, und die Beschleunigungsspannung beträgt 1 kV. Bei einem derartigen Aufbau kann die Gesamtanordnung einfach sein, da sowohl die Anode als auch die Überlagerungsspannungsquelle weggelassen sind.
  • Wie oben detailliert beschrieben, können gemäß der vorliegenden, beanspruchten Erfindung bei einem Rasterelektronenmikroskop, bei dem die auf die Probe zu strahlenden Elektronenstrahlen dadurch abgelenkt werden, dass zwischen der Probe und der Objektivlinse ein verzögerndes statisches Feld erzeugt wird, während ein negatives Potenzial an die Probe angelegt wird, wodurch chromatische Aberration verringert wird und ein Aufladen verhindert wird, da das Anlegen des negativen Potenzials in Verbindung mit der Vorbereitungsoperation zum Anbringen und Austauschen der Probe automatisch gesteuert wird, Bediener die Probe anbringen und austauschen, ohne dass sie dem Anlegen des negativen Potenzials an die Probe spezielle Aufmerksamkeit widmen müssen. Infolgedessen kann das Rasterelektronenmikroskop-System sehr leicht gehandhabt werden.

Claims (9)

  1. Rasterelektronenmikroskop, in dem aus einer Elektronenquelle (1) emittierte Primärelektronenstrahlen über eine Probe (18) getastet werden und ein Abtastbild aus einem Erfassungssignal erhalten wird, das durch von der Probe generierte Sekundärteilchen erzeugt wird, mit einer Sekundärteilchen-Erfassungseinrichtung (1316, 25) zum Erfassen der von einer Fläche der Probe (18) generierten Sekundärteilchen, einer Probentischeinrichtung (19, 9, 21) zum Ablegen der durch den Primärelektronenstrahl abzutastenden Probe (18), wobei die Probentischeinrichtung einen Probenhalter (21) und einen Probentisch (19) umfaßt, einer Einrichtung (6, S2) zum Erzeugen eines statischen Verzögerungsfelds bezüglich des Primärelektronenstrahls zwischen der Probe (18) und einer Objektivlinse (17) durch Anlegen einer negativen Spannung an die Probe (18), gekennzeichnet durch eine Einrichtung (62, 63) zum automatischen Steuern eines Anlegens der negativen Spannung. an die Probe (18) in Zusammenhang mit einer Vorbereitungsoperation zum Anbringen und Austauschen der Probe, wobei die Einrichtung (6, S2) zum Erzeugen des statischen Verzögerungsfelds dazu ausgelegt ist, die negative Spannung an den Probenhalter (21) anzulegen, der Probenhalter (21) elektrisch über einen Entladungswiderstand (R) an den Probentisch (19) angeschlossen ist und der Probentisch (19) geerdet ist.
  2. Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei zu der Vorbereitungsoperation Öffnungs/Schließ-Operationen eines Probentransport-Schieberventils (G3) und/oder Öffnungs/Schließ-Operationen für in einer Vakuumkammer verwendete Schieberventile (G1, G2) und/oder eine Steueroperation zum Anlegen einer Beschleunigungsspannung gehören.
  3. Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sekundärteilchen-Erfassungseinrichtung (1316, 25) auf der Elektronenquellenseite der Objektivlinse (17) getrennt von der Objektivlinse angeordnet ist.
  4. Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 3, wobei die Sekundärteilchen-Erfassungseinrichtung (1316, 25) einen außerhalb eines Primärelektronenstrahlpfads vorgesehenen Szintillator (14) umfaßt, und eine Extraktionselektrode (13), auf die ein Potential zum Extrahieren der Sekundärteilchen angelegt wird, zwischen dem Szintillator (14) und dem Elektrolenstrahlpfad vorgesehen ist.
  5. Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 3, wobei die Sekundärteilchen-Erfassungseinrichtung (1316, 25) in einem Mehrkanal-Plattendetektor (25) mit einer Öffnung (33) in seinem zentralen Bereich besteht, die den Elektronenstrahlpfad bildet.
  6. Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 3, wobei die Sekundärteilchen-Erfassungseinrichtung (1316, 25) in einem Einkristall-Szintillator (55) besteht.
  7. Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 4 oder 5, ferner mit: einer Potentialbarrieren-Erzeugungseinrichtung (36, 41, 42), die zwischen der Probe (18) und der Sekundärteilchen-Erfassungseinrichtung (1316, 25) vorgesehen ist, zum Erzeugen einer Potentialbarriere, die zum Auswählen der Sekundärteilchen verwendet wird.
  8. Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, ferner mit: einer Steuerelektrode (39), die zwischen der Probe (18) und der Objektivlinse (17) vorgesehen ist, zum Erzeugen eines elektrischen Felds, das zum Relaxieren eines auf die Probe (18) ausgeübten Einflusses des elektrischen Feldes verwendet wird.
  9. Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 4, ferner mit: einer Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds senkrecht zu dem Extraktionsfeld, das eine Aufhebung der durch das Extraktionsfeld bezüglich der Primärelektronenstrahlen verursachten Ablenkung und eine Verstärkung der durch das Extraktionsfeld bezüglich der aus der Probe (18) emittierten Sekundärteilchen verursachten Ablenkung bewirkt.
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