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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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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.
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In Ultramicroscopy 42, 1992, Seiten
399–410 ist
ein Rasterelektronenmikroskop gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 offenbart.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMEMFASSUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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Die oben erläuterte Aufgabe ist durch ein Rasterelektronenmikroskop
gemäß dem Anspruch
1 gelöst.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Für
ein vollständigeres
Verständnis
der Erfindung, sowie deren Vorteile, ist nun auf die folgende Beschreibung
in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
Bezug zu nehmen.
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1 ist
ein schematisches Aufbaudiagramm eines Rasterelektronenmikroskops
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist
ein schematisches Aufbaudiagramm der in der 1 dargestellten Rasterelektronenmikroskop-Einheit;
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3 ist
ein Flussdiagramm zum Darstellen eines Hauptbetriebsablaufs des
erfindungsgemäßen Rasterelektronenmikroskops;
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4 ist
ein schematisches Aufbaudiagramm einer anderen Rasterelektronenmikroskop-Einheit,
um Einzelheiten der Erfindung zu veranschaulichen;
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5 ist
ein schematisches Aufbaudiagramm einer anderen Rasterelektronenmikroskop-Einheit,
um Einzelheiten der Erfindung zu veranschaulichen;
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6 ist
ein schematisches Aufbaudiagramm einer anderen Rasterelektronenmikroskop-Einheit,
um Einzelheiten der Erfindung zu veranschaulichen;
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7 ist
ein schematisches Aufbaudiagramm einer anderen Rasterelektronenmikroskop-Einheit,
um Einzelheiten der Erfindung zu veranschaulichen;
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8 ist
ein schematisches Aufbaudiagramm einer anderen Rasterelektronenmikroskop-Einheit,
um Einzelheiten der Erfindung zu veranschaulichen;
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9 ist
ein schematisches Aufbaudiagramm einer weiteren Rasterelektronenmikroskop-Einheit,
um Einzelheiten der Erfindung zu veranschaulichen; und
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10 ist
ein schematisches Aufbaudiagramm noch einer weiteren Rasterelektronenmikroskop-Einheit,
um Einzelheiten der Erfindung zu veranschaulichen.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird
nun die Erfindung im Einzelnen beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die verstärkten Elektroden 27 werden
durch die Anodenspannung 29 weiter beschleunigt und durch
die Anode 37 eingefangen.
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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.
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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.
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Wie es aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich
ist, können
durch dieses Beispiel ähnliche Vorteile
wie bei der Ausführungsform
erzielt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.