DE69738332T2

DE69738332T2 - Ladungsträgerstrahl-emittiervorrichtung

Info

Publication number: DE69738332T2
Application number: DE69738332T
Authority: DE
Inventors: Mitsugu Hitachinaka-shi Sato; Yuko Mito-shi Iwabuchi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-09-24
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: US6580074B1; EP1018757B1; DE69738332D1; EP1018757A1; EP1018757A4; WO1998013854A1; JP3715992B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ladungsträgerbestrahlungsvorrichtung und insbesondere auf eine Ladungsträgerbestrahlungsvorrichtung, die geeignet ist, ein abgetastetes Bild von einer Probe mit hoher Auflösung und gewünschtem Kontrast zu erhalten.
STAND DER TECHNIK
Um ein abgetastetes Bild von einer Probe mit einer hohen Auflösung zu erhalten, insbesondere mit einem Rasterelektronenmikroskop, war es bisher nötig, primäre Elektronenstrahlen zum Abtasten der Probe möglichst schmal zu machen. Das bekannteste Mittel, um primäre Elektronenstrahlen zum Abtasten einer Probe schmal zu machen, ist ein Verfahren, bei dem die Brennweite der Objektivlinse verringert wird, um die Aberration der Linse zu verringern.
Eine bekannte Einrichtung zum Erzielen eines kurzen Brennpunkts ist eine elektromagnetische Linse vom In-Linse-Typ, bei der eine Probe zwischen den magnetischen Polen einer Objektivlinse (wie sie zum Beispiel in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift S62-291849 beschrieben ist) angeordnet ist.
Das Dokument JP 52 099764 A beschreibt eine Ladungsträgerbestrahlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung. Weitere Ladungsträgerbestrahlungsvorrichtungen sind in den Dokumenten GB-A-2118361 , US 4.585.942 und JP 59 078434 A beschrieben.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine elektromagnetische Linse vom In-Linse-Typ unterliegt jedoch Einschränkungen, unter anderem einer Einschränkung des Bewegungsbereichs einer Probe in Zusammenhang mit der Konfiguration, in der die Probe zwischen den magnetischen Polen der Linse angeordnet ist. Während einige neuere Rasterelektronenmikroskope zum Beispiel einen geneigten Tisch in einer Probenkammer aufweisen, um die Probe in einer Neigung je nach dem Gegenstand der Untersuchung untersuchen zu können, ist die Bewegung durch das Vorhandensein der magnetischen Pole über und unter der Probe eingeschränkt. Dabei muss eine Probe nahe dem oberen magnetischen Pol angeordnet sein, um den chromatischen Aberrationskoeffizienten und den sphärischen Aberrationskoeffizienten zu verringern, was ein Faktor ist, der umgekehrt den Bereich verringert, in dem die Probe geneigt wird.
Weiter tritt auch bei einer Vorrichtung, in der eine Probe nur in einer Richtung senkrecht zu den Elektronenstrahlen bewegt wird, ein Problem dahingehend auf, dass sie aufgrund ihrer Konfiguration, bei der ein Bewegungsmechanismus dafür in einer Objektivlinse vorgesehen ist, Einschränkungen im Hinblick auf den Platz für ihren Einbau unterliegt.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Lösung dieser Probleme und die Bereitstellung einer Ladungsträgerbestrahlungsvorrichtung mit einer elektromagnetischen Linse, mit der unter Aufrechterhaltung eines ausreichenden Neigungsbereichs für Proben und genügend Platz zum Einbau eines Probenbewegungsmechanismus und dergleichen ein kleiner Aberrationskoeffizient erreicht werden kann.
Um das vorstehend beschriebene Ziel zu erreichen, wird nach der vorliegenden Erfindung, wie in den Ansprüchen festgelegt, eine Ladungsträgerbestrahlungsvorrichtung mit einer elektromagnetischen Linse bereitgestellt, die einen magnetischen Pol zwischen einer Probe und einer Ladungsträgerquelle und mindestens ein Paar magnetischer Pole unter der Probe aufweist und die dazu ausgelegt ist, ein Magnetfeld dazwischen zu erzeugen.
Mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist es möglich, die Ladungsträgerstrahlen mit einem zwischen dem magnetischen Pol zwischen der Probe und der Ladungsträgerquelle und den magnetischen Polen unter der Probe erzeugten Magnetfeld zu konvergieren und die Ausbreitung der Magnetfeldverteilung des Magnetfelds zum Konvergieren der Ladungsträgerstrahlen zur Ladungsträgerquelle mit einem zwischen den mindestens zwei magnetischen Polen unter der Probe erzeugten Magnetfeld zu begrenzen.
Dies kann im Einzelnen wie folgt beschrieben werden.
Wenn unter Bezugnahme auf 2 zwischen einem oberen magnetischen Pol und einem weiteren magnetischen Pol von einer Magnetisationsspule A ein Magnetfeld erzeugt wird, sieht dessen Magnetfeldverteilung wie bei (A) in 3 aus. Wenn weiter zwischen den magnetischen Polen unter der Probe von einer Magnetisationsspule B ein Magnetfeld erzeugt wird, sieht dessen Magnetfeldverteilung wie bei (B) aus. Wenn die jeweiligen Magnetisierungsströme umgekehrt werden, wobei die Stärke der Magnetisationsspulen A und B so eingestellt ist, dass die Schwänze der Magnetfeldverteilungen (A) und (B) im Allgemeinen in der Stärke miteinander übereinstimmen, werden die Verteilungen (A) und (B) in einer Verteilung (C) zusammengefügt. Weil die Ausbreitung des Verteilungsschwanzes (Ausbreitung zur Elektronenquelle hin) in der Magnetfeldverteilung (C) wesentlich unterdrückt ist, wird eine sehr kurze Brennweite erreicht, während ein gewisser Abstand zwischen dem oberen magnetischen Pol und der Probe erhalten bleibt (wobei ein Arbeitsabstand für die Probe oder ausreichend Platz zum Vorsehen eines Probenbewegungsmechanismus reserviert ist).
Obwohl die zum Fokussieren nötige Magnetfeldstärke möglicherweise mit der zusammengefügten Magnetfeldverteilung (C) nicht erreicht werden kann, wenn die Beschleunigungsspannung erhöht wird, kann die erforderliche Magnetisie rungsstärke in diesem Fall erreicht werden, indem das Stromverhältnis zwischen den Magnetisationsspulen A und B so eingestellt wird, dass die Stärke der Magnetfeldverteilung (B) geringfügig verringert wird. Während dies die Brennweite etwas länger macht, um die chromatische Aberration zu erhöhen, ist die Verringerung der Auflösung aufgrund der Zunahme der chromatischen Aberration vernachlässigbar, weil die chromatische Aberration bei einer hohen Beschleunigungsspannung weniger zur Auflösung beiträgt. Während eine Verlängerung der Brennweite zu einer Erhöhung des sphärischen Aberrationskoeffizienten führt, tritt kein praktisches Problem auf, auch wenn der sphärische Aberrationskoeffizient in gewissem Umfang zunimmt, weil die Auflösung nur um einen Faktor der vierfachen Nullstelle des sphärischen Aberrationskoeffizienten verringert wird.
Darüber hinaus ist es möglich, ein Signal zu erfassen, dass effizient einen gewünschten Kontrast liefert, ohne den Arbeitsabstand zu verringern, indem eine Sekundärelektronen-Beschleunigungselektrode, eine Sekundärelektronen-Konversionselektrode (zum Erfassen eines bei geringer Beschleunigung rückgestreuten Elektronensignals), eine Einrichtung zum Erzeugen eines senkrechten elektromagnetischen Felds (zum effizienten Erfassen von sekundären Elektronen) und ein Detektor für rückgestreute Elektronen (zum Erfassen eines bei hoher Beschleunigung rückgestreuten Elektronensignals) näher an der Elektronenquelle als die Objektivlinse angeordnet werden, um sekundäre Elektronen und rückgestreute Elektronen selektiv und effizient zu erfassen.
Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, einen erforderlichen Abstand zum Bewegen einer Probe und zum Vorsehen eines Bewegungsmechanismus zu reservieren, während eine kurze Brennweite erreicht wird, und außerdem die Anzeige eines Bildes mit hoher Auflösung und gewünschtem Kontrast zu erzielen, wobei ein Arbeitsabstand reserviert ist, um eine Probe neigen zu können, weil ein Signal, das zu dem gewünschten Kontrast beiträgt, selektiv und effizient erfasst werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Beispiel für die Anwendung der vorliegenden Erfindung bei einem Rasterelektronenmikroskop.
2 zeigt eine Konfiguration der in 1 gezeigten Objektivlinse.
3 zeigt die Verteilung eines zwischen den magnetischen Polen der Objektivlinse erzeugten Linsenmagnetfelds.
4 zeigt eine weitere Konfiguration der Objektivlinse.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Objektivlinse vom Schnorcheltyp und die Verteilung eines von der Linse erzeugten Magnetfelds.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Spannung wird von einer Hochspannungs-Steuerungsstromversorgung 20, die von einem Mikroprozessor (CPU) 30 gesteuert wird, zwischen einer Kathode 1 und einer ersten Anode 2 angelegt, um einen vorbestimmten Emissionsstrom von der Kathode zu erhalten. Weil von der Hochspannungs-Steuerungsstromversorgung 20, die von der CPU 30 gesteuert wird, eine Beschleunigungsspannung zwischen der Kathode 1 und einer zweiten Anode 3 angelegt wird, werden die von der Kathode 1 emittierten primären Elektronenstrahlen 4 beschleunigt und auf ein strahlabwärtiges Linsensystem gelenkt. Die primären Elektronenstrahlen 4 werden von einer durch eine Linsensteuerungsstromversorgung 21 gesteuerten Sammellinse 5 konvergiert, an eine Blendenplatte 7 angelegt, wo nicht benötigte Bereiche der primären Elektronenstrahlen eliminiert werden, und von einer Objektivlinse 6 in einen mikroskopischen Punkt auf einer Probe 10 konvergiert. Die primären Elektronenstrahlen 4 werden von einer Abtastspule 8 zweidimensional über die Probe geführt (abgetastet), und ein dabei an der Probe erzeugtes sekundäres Signal 11 wird von einem sekundären Signaldetektor 12 erfasst und als ein Bildsignal in einem Bildspeicher 24 gespeichert. Die in dem Bildspeicher 24 enthaltenen Bildinformationen werden bei Bedarf auf einer Bildanzeige 25 angezeigt. Ein Abtastsignal von der Abtastspule 8 wird von einer Abtastspulen-Steuerungsstromversorgung 23 in Abhängigkeit von dem Vergrößerungsfaktor für die Untersuchung gesteuert.
Die Objektivlinse 6 ist von drei in 2 gezeigten magnetischen Polen gebildet, und die zwischen den magnetischen Polen erzeugten Magnetfelder werden von den Magnetisationsspulen 61 und 62 gesteuert. Die durch die Magnetisationsspulen 61 und 62 fließenden Ströme werden von einer Objektivlinsen-Steuerungsstromversorgung 22 so gesteuert, dass sie in den Richtungen und einem Stromverhältnis gehalten werden, die im Voraus eingestellt sind. Das Verhältnis zwischen den Strömen durch die Magnetisationsspulen 61 und 62 wird im Voraus in der Steuerungs-CPU so programmiert, dass die Beschleunigungsspannung in den vorbestimmten Bereichen jeweils auf einen anderen Wert eingestellt ist. Das Verhältnis zwischen den Strömen durch die Magnetisationsspulen 61 und 62 ist so eingestellt, dass der Schwanz des Magnetfelds der Objektivlinse am kürzesten ist, wenn die Beschleunigungsspannung niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, und so, dass die primären Elektronenstrahlen bei der verwendeten maximalen Beschleunigungsspannung fokussiert werden können, wenn die Beschleunigungsspannung höher ist als der vorbestimmte Wert. Ein solches Verhältnis zwischen den Strömen durch die Magnetisationsspulen 61 und 62 wird im Voraus auf der Grundlage der Ergebnisse einer Simulation oder eines Experiments bestimmt. Als Ergebnis wird, wenn die Beschleunigungsspannung niedrig ist, die Brennwei te bei der kürzesten Bedingung eingestellt, um die höchste Auflösung zu erreichen. Wenn die Beschleunigungsspannung höher ist, wird die Magnetfeldverteilung der Objektivlinse eingestellt, um die Strahlfokussierung entsprechend zu verbessern. Dies ermöglicht es, die Bedingungen für eine hohe Auflösung über einen breiten Bereich von Beschleunigungsspannungen aufrechtzuerhalten.
Weiter wird die in 2 gezeigte Probe auf einem Probentisch vom seitlichen Eingangstyp gehalten, der nicht gezeigt ist. Der Probentisch vom seitlichen Eingangstyp ist ein Probentisch, auf dem eine Probe liegt, die von außen in das Elektronenmikroskop eingeführt wird, um die Probe in einer Position zu platzieren, wo sie mit Elektronenstrahlen bestrahlt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht es die Anwendung der vorliegenden Erfindung, einen zum Neigen der Probe erforderlichen Bereich zwischen der Unterseite des oberen magnetischen Pols und der Oberseite des unteren magnetischen Pols in der Objektivlinse vom In-Linse-Typ zu reservieren, wobei ein kurzer Brennpunkt erhalten bleibt.
Eine Wirkung des Reservierens von ausreichend Platz zum Vorsehen eines Probentischs oder Probenbewegungsmechanismus kann mit einer Vorrichtung erreicht werden, die einen Probenhaltemechanismus eines Typs aufweist, bei dem ein Probentisch auf einem Boden steht, statt eines Probentischs vom seitlichen Eingangstyp. Dies ist auch vorteilhaft vom Standpunkt der Schwingungsdämpfungseigenschaften in diesem Fall, weil der Probentisch in der Objektivlinse angeordnet ist (zum Beispiel auf der Oberseite des unteren magnetischen Pols).
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es weiter, eine ausgezeichnete Wirkung hinsichtlich der Effizienz bei der Erfassung sekundärer Signale wie zum Beispiel sekundärer Elektronen und rückgestreuter Elektronen zu erreichen. Im Allgemeinen ist ein sekundärer Signaldetektor über einer Objektivlinse angeordnet. Im Einzelnen ist im Fall der in 2 gezeigten Objektivlinse ein sekundärer Signaldetektor über dem oberen magnetischen Pol vorgesehen. Während die von einer Probe emittierten sekundären Signale eine von dem oberen magnetischen Pol gebildete Elektronenstrahlblende passieren, können die sekundären Signale, wenn die Blende klein ist, mit der Objektivlinse kollidieren, was es unmöglich macht, eine ausreichende Anzahl von sekundären Signalen zu erfassen. Andererseits führt eine Vergrößerung dieser Blende zu einer Zunahme von Streumagnetfeldern näher an der Elektronenquelle, was es unmöglich macht, Elektronenstrahlen bei einem kurzen Brennpunkt zu konvergieren. Das heißt, die chromatische Aberration nimmt zu.
Weil die unter der Probe angeordnete Magnetisationsspule B ein Magnetfeld erzeugt, das Streumagnetfelder näher an der Elektronenquelle unterdrückt, können bei der vorliegenden Ausführungsform Elektronenstrahlen auch bei einem kurzen Brennpunkt konvergiert werden, selbst wenn eine etwas größere Blende vorgesehen ist.
Weiter weist eine Objektivlinse vom Schnorcheltyp, wie in 7 gezeigt, einen langen Schwanz auf, der zur Elektronenquelle hin verläuft. Um eine kurze Brennweite zu erzielen, müssen daher primäre Elektronenstrahlen am Schwanzabschnitt in der Magnetfeldverteilung fokussiert werden. Weil die Magnetfeldstärke am Schwanzabschnitt der Magnetfeldverteilung sehr gering ist, sind sehr hohe Magnetisierungsbedingungen nötig, um die gewünschte Leistung zu erzielen, was den nutzbaren Betriebsbereich auf eine sehr niedrige Beschleunigungsspannung (zum Beispiel 1 kV oder weniger) begrenzt. Im Gegensatz dazu kann die Objektivlinse vom In-Linse-Typ nach der vorliegenden Erfindung primäre Elektronenstrahlen bei einem kurzen Brennpunkt konvergieren, selbst bei einer hohen Beschleunigungsspannung, weil die Magnetfeldstärke am Schwanzabschnitt erhöht werden kann. Das bedeutet, dass hohe Beschleunigungsspannungen möglich sind.
Herkömmliche Objektivlinsen vom Schnorcheltyp und Objektivlinsen vom In-Linse-Typ sind bei einem chromatischen Aberrationskoeffizienten oder sphärischen Aberrationskoeffizienten im Bereich von etwa 2 mm bis etwa 3 mm an eine praktische Grenze gestoßen, und es war zum Beispiel schwierig, einen Aberrationskoeffizienten von 2 mm oder weniger zu erreichen.
Weil ein Bereich zum Neigen einer Probe oder ein Bereich zum Bilden eines Probentischs vorgesehen ist, ist es nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einer Objektivlinse vom In-Linse-Typ, bei der es schwierig war, einen Aberrationskoeffizienten wie vorstehend beschrieben zu erreichen, möglich, mit einem wie vorstehend beschrieben reservierten Bereich einen Aberrationskoeffizienten von 2 mm oder weniger zu erreichen.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Objektivlinsenabschnitts nach der vorliegenden Erfindung. In dieser Abbildung ist eine Objektivlinse durch vier magnetische Pole gebildet, und drei der magnetischen Pole sind unter einer Probe vorgesehen. Unabhängige Magnetisationsspulen sind zwischen den magnetischen Polen vorgesehen. Weil die Erhöhung der Anzahl der magnetischen Pole unter einer Probe, wie in 4 gezeigt, es möglich macht, die Form der Verteilung eines zusammengefügten Magnetfelds feiner anzupassen, kann durch richtiges Einstellen des Verhältnisses zwischen den Magnetisierungsströmen durch die Spulen und der Richtungen der Ströme ein Linsenmagnetfeld erzeugt werden, das für einen kurzen Brennpunkt besser geeignet ist.
5 zeigt eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Probe 10 ist von einem Erdpotenzial isoliert und dazu eingerichtet, dass sie mit einem Wahlschalter 56 entweder auf das Erdpotenzial oder ein negatives Potenzial eingestellt werden kann. Am oberen magnetischen Polabschnitt der Objektivlinse sind ein Detektor 71 für rückgestreute Elektronen, Generatoren 50a und 50b zum Erzeugen senkrechter elektromagnetischer Felder (nachstehend als EXB bezeichnet), die sekundäre Elektronen mit niedriger Energie zu den Detektoren 12a und 12b ablenken, und eine Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73 zur Umwandlung von Elektronen mit hoher Energie in sekundäre Elektronen mit niedriger Energie in der Reihenfolge der abnehmenden Entfernung zur Elektronenquelle angeordnet. Der Detektor 71 für rückgestreute Elektronen ist so aufgebaut, dass er in das Vakuum eingesetzt und aus diesem hinausgenommen werden kann, und der Detektor kann von der optischen Achse der primären Elektronenstrahlen wegbewegt werden, wo er nicht benötigt wird. Die Ausgabesignale von den Detektoren 12a und 12b können mit einem Wahlschalter 55 getrennt oder nach Zusammenfügen durch Addition gewonnen werden.
Wenn eine Probe mit dem Wahlschalter 56 auf ein negatives Potenzial geschaltet wird, wird die Auflösung durch einen Bremseffekt verbessert. Weil in diesem Fall die von der Probe erzeugten sekundären Elektronen auch durch das an der Probe anliegende negative Potenzial beschleunigt werden, können sie von dem EXB 50a nicht ausreichend zum Detektor 12a abgelenkt werden. Dabei wandern die von der Probe erzeugten sekundären Elektronen aufwärts zur Elektronenquelle, zusammen mit den rückgestreuten Elektronen, um mit der Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73 zu kollidieren. Die Elektrode 73 weist eine Oberfläche auf, die aus einem Material gebildet ist, das bei Bestrahlung mit Elektronenstrahlen vermutlich sekundäre Elektronen erzeugt (zum Beispiel Gold), und erzeugt neue sekundäre Elektronen 81, wenn beschleunigte sekundäre Elektronen oder rückgestreute Elektronen damit kollidieren. Die sekundären Elektronen werden durch den EXB 50b in Richtung des Detektors 12b abgelenkt, weil sie eine niedrige Energie aufweisen, und werden von dem Detektor 12b erfasst. Die von dem Detektor 12b erfassten sekundären Elektronen liefern Informationen, die die Struktur der Probe widerspiegeln, weil sie von Signalen herrühren, die an der Probe erzeugt werden. Wenn die Beschleunigungsspannung hoch ist oder die an der Probe anliegende Spannung (Bremsspannung) zum Beispiel 5 kV oder mehr beträgt, ist im Allgemeinen die Menge der von der Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73 erzeugten sekundären Elektronen verringert. Dies liegt daran, dass die Effizienz der Erzeugung sekundärer Elektronen aus einem Metall im Allgemeinen in der Nähe einer Energie der ankommenden Elektronen von 1 kV ein Peak erreicht. In einem solchen Fall kann das Signal von dem Detektor 71 für rückgestreute Elektronen effizient erfasst werden. Der Detektor 71 für rückgestreute Elektronen ist durch einen Szintillator oder Halbleiter gebildet, der im Allgemeinen eine höhere Erfassungseffizienz aufweist, wenn die Beschleunigungsspannung erhöht ist.
Andererseits werden, wenn die Probe auf Erdpotenzial geschaltet ist, die an der Probe erzeugten sekundären Elektronen durch den EXB 50a abgelenkt und werden von dem Detektor 12a erfasst. Die rückgestreuten Elektronen mit hoher Energie kollidieren mit der Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73, um sekundäre Elektronen zu erzeugen, und die sekundären Elektronen werden durch den EXB 50b abgelenkt und von dem Detektor 12b erfasst. Nach Bedarf können diese Signale entweder mit dem Wahlschalter 55 getrennt zugeführt werden oder nach Zusammenfügen durch Addition übernommen werden. Durch selektives Übernehmen eines benötigten Signals in dieser Weise kann je nach der Probe ein optimaler Kontrast erreicht werden. Wenn die Effizienz der Umwandlung in sekundäre Elektronen an der Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73 durch eine hohe Beschleunigungsspannung verringert ist, erfasst der Detektor 71 für rückgestreute Elektronen ein rückgestreutes Elektronensignal.
6 zeigt ein weiteres Beispiel einer Konfiguration nach der vorliegenden Erfindung. In der in 6 gezeigten Konfiguration ist eine Sekundärelektronen-Beschleunigungselektrode 90 am oberen magnetischen Polabschnitt der Objek tivlinse vorgesehen, und ein Wahlschalter 91 ermöglicht das Anlegen von positiven und negativen Spannungen in einer geschalteten Weise. Ein EXB 50, eine Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73 und ein Detektor 71 für rückgestreute Elektronen sind näher an der Elektronenquelle angeordnet als die Sekundärelektronen-Beschleunigungselektrode 90. Die Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73 ist so aufgebaut, dass sie in das Vakuum eingesetzt und aus diesem hinausgenommen werden kann und bewirken kann, dass die an einer Probe 10 erzeugten rückgestreuten Elektronen 80 mit der Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73 oder dem Detektor 71 für rückgestreute Elektronen kollidieren. Außerdem kann mit einem Schalter 92 eine positive Spannung an die Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73 angelegt werden.
Die sekundären Elektronen 11 oder die rückgestreuten Elektronen 80, die an einer Probe im Detektor erzeugt werden, werden je nach der Kombination der Schalter 91 und 92 selektiv erfasst. Wenn zum Beispiel eine negative Spannung an die Sekundärelektronen-Beschleunigungselektrode 90 angelegt ist und die Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73 auf Erdpotenzial geschaltet ist, können die an einer Probe erzeugten sekundären Elektronen wegen der negativen Spannung an der Sekundärelektronen-Beschleunigungselektrode 90 nicht zum EXB 50 wandern, und nur die rückgestreuten Elektronen 80 mit einer hohen Energie wandern aufwärts, um mit der Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73 zu kollidieren. Die infolge der Kollision erzeugten sekundären Elektronen werden durch den EXB 50 abgelenkt und von einem Detektor 12 erfasst. In diesem Fall können daher nur die an der Probe erzeugten rückgestreuten Elektronen erfasst werden. Das Auswählen der Signale auf diese Weise ist vorteilhaft insbesondere für eine Untersuchung unter Umständen, bei denen die Proben geladen sind. Der Grund ist der, dass sekundäre Elektronen mit niedriger Energie wegen der Ladung an der Probe anomale Kontrastinformationen liefern können, und die Informationen sind für eine stabile Beobachtung ei nes Bildes eigentlich nicht nötig. Wenn positive Spannungen an die Sekundärelektronen-Beschleunigungselektrode 90 und die Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73 angelegt werden, wandern die an der Probe erzeugten sekundären Elektronen 11 zum EXB 50, wo sie abgelenkt werden, und werden von dem Detektor 12 erfasst. Die an der Probe erzeugten rückgestreuten Elektronen 80 kollidieren mit der Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73, um sekundäre Elektronen zu erzeugen, und die sekundären Elektronen können nicht zum EXB 50 wandern und werden daher nicht erfasst, weil eine positive Spannung an der Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73 anliegt. In diesem Fall werden daher nur die sekundären Elektronen 11 von dem Detektor 12 erfasst. In gleicher Weise werden, wenn eine positive Spannung an der Sekundärelektronen-Beschleunigungselektrode 90 anliegt und die Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73 auf Erdpotenzial geschaltet ist, sowohl die sekundären Elektronen 11 als auch die rückgestreuten Elektronen 80 von dem Detektor 12 erfasst.
Wenn die Menge der durch die Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73 emittierten sekundären Elektronen durch eine hohe Beschleunigungsspannung verringert ist, können die rückgestreuten Elektronen von dem Detektor 71 für rückgestreute Elektronen mit hoher Effizienz erfasst werden, indem die Sekundärelektronen-Konversionselektrode 73 aus der optischen Achse wegbewegt wird.
Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, eine sehr hohe Auflösung zu erreichen, wobei die Freiheit der Bewegung (zum Beispiel durch Neigen) einer Probe erhalten bleibt, weil eine sehr kurze Brennweite unter Wahrung des nötigen Arbeitsabstands gewahrt bleibt. Weil die Verteilung eines Linsenmagnetfelds in Abhängigkeit von der Beschleunigungsspannung entsprechend geändert werden kann, ist es darüber hinaus möglich, primäre Elektronenstrahlen über einen großen Bereich von Beschleunigungsspannungen auf eine Probe zu fokussieren und eine hohe Auflösung aufrechtzuerhalten. Außerdem kann, weil die sekundären Elektronen und die rückgestreuten Elektronen effizient und selektiv erfasst werden können und später nach Bedarf getrennt oder zusammengefügt werden können, ein Bild einer Probe unter optimalen Kontrastbedingungen angezeigt werden.

Claims

Ladungsträgerbestrahlungsvorrichtung zum Bestrahlen einer Probe (10), umfassend einen Probentisch zum Halten einer Probe (10) und eine Objektivlinse (10) zum Konvergieren eines Ladungsträgerstrahls (4) aus einer Ladungsträgerquelle (1) zum Bestrahlen der Probe (10), wobei die Objektivlinse (6) umfasst: einen oberen magnetischen Pol, einen unteren magnetischen Pol und einen dritten magnetischen Pol, sowie eine erste Magnetisationsspule (62); wobei der obere und der untere magnetische Pol, bezüglich des Ladungsträgerstrahls, jeweils strahlaufwärts und strahlabwärts des Probentisches angeordnet sind und diesen sandwichartig umfassen; wobei der dritte magnetische Pol, bezüglich des Ladungsträgerstrahls, strahlabwärts des Probentisches angeordnet ist und mit dem unteren magnetischen Pol einen Zwischenraum bildet, der zur strahlaufwärtigen Richtung offen ist; wobei die erste Magnetisationsspule (62) dazu ausgelegt ist, ein erstes Magnetfeld zwischen dem oberen und dem unteren magnetischen Pol zu erzeugen; und dadurch gekennzeichnet, dass die Objektivlinse (6) ferner eine zweite Magnetisationsspule (61) umfasst; wobei die zweite Magnetisationsspule (61) dazu ausgelegt ist, ein zweites Magnetfeld zwischen dem dritten magnetischen Pol und dem unteren magnetischen Pol zum Unterdrücken des ersten Magnetfeldes zu erzeugen.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Magnetisationsspule (61, 62) zwischen den magnetischen Polen angeordnet sind und mit einer Steuerungsstromversorgung (22) zum Steuern eines darauf angewendeten Stroms ausgerüstet sind.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Magnetisationsspule dazu ausgelegt ist, das zweite Magnetfeld so zu erzeugen, dass der Schwanzabschnitt der Verteilung der Stärke des ersten Magnetfeldes auf der strahlaufwärtigen Seite unterdrückt wird.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend einen Steuerungsabschnitt zum Variieren des Verhältnisses zwischen den Stärken des ersten und des zweiten Magnetfelds in Abhängigkeit von der Größe einer Beschleunigungsspannung für die Ladungsträgerstrahlen (4).
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Steuerungsabschnitt dazu ausgelegt ist, die Steuerung so durchzuführen, dass die Ladungsträgerstrahlen (4) intensiver konvergieren, wenn die Beschleunigungsspannung erhöht wird.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein sekundärer Signaldetektor (12) strahlaufwärts des oberen magnetischen Pols vorgesehen ist.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 6, umfassend eine Elektrode zum Erzeugen sekundärer Elektronen als Ergebnis der Kollision der vom sekundären Signaldetektor (12) vorgesehenen sekundären Signale.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der sekundäre Signaldetektor (12) eine Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Feldes und eines zu den Ladungsträgerstrahlen (4) senkrechten Magnetfeldes umfasst und wobei das elektrische und das magnetische Feld so eingerichtet sind, dass sie das sekundäre Signal zum sekundären Signaldetektor (12) hin ablenken.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der sekundäre Signaldetektor (12) ein Detektor für rückgestreute Elektronen ist, der einen Bewegungsmechanismus zum Bewegen in der Richtung der optischen Achse der Ladungsträgerstrahlen (4) oder in einer zur optischen Achse senkrechten Richtung umfasst.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 6, umfassend mindestens zwei Einheiten des sekundären Signaldetektors (12) und eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen von Ausgabesignalen von den zwei sekundären Signaldetektoren in einer geschalteten Weise oder nachdem sie durch Addition zusammengefügt worden sind.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend eine Einrichtung zum Anwenden einer negativen Spannung auf die Probe (10).
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Probentisch, auf dem die Probe (10) platziert ist, durch einen beweglichen Probentisch auf einem Element gebildet ist, das die Objektivlinse (6) bildet.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Probentisch eine Neigefunktion hat.
Bestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Probentisch vom seitlichen Eingangstyp zum Einfügen und Entfernen einer Probe (10) ins Vakuum und daraus hinaus ist.