DE102006043895B4

DE102006043895B4 - Elektronenmikroskop zum Inspizieren und Bearbeiten eines Objekts mit miniaturisierten Strukturen

Info

Publication number: DE102006043895B4
Application number: DE102006043895A
Authority: DE
Inventors: Johannes Bihr; Friedhelm Dr. Panteleit; Tobias Clauss; Michael Budach
Original assignee: Carl Zeiss NTS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2011-03-10
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: US7645989B2; EP1903596A3; EP1903596A8; US20080099674A1; JP2008159568A; JP5925404B2; DE102006043895B9; DE102006043895A1; US20100119698A1; EP1903596A2; EP1903596B1; US8058614B2

Abstract

Elektronenmikroskop (1) zum Inspizieren und Bearbeiten eines in einer Vakuumkammer (2) angeordneten Objekts (O) mit miniaturisierten Strukturen, umfassend:
eine Elektronenstrahlquelle (3) zur Erzeugung eines Elektronenstrahls,
eine Fokussierlinse (4) zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf das Objekt (O),
einen Sekundärelektronendetektor (5),
wobei das Elektronenmikroskop (1), in einer Richtung von der Elektronenstrahlquelle (3) zur Fokussierlinse (4), vier Vakuumräume (21, 22, 23, 24) umfaßt:
einen ersten Vakuumraum (21), in welchem die Elektronenstrahlquelle (3) angeordnet ist,
einen zweiten Vakuumraum (22), welcher vom ersten Vakuumraum (21) durch eine erste, vom Elektronenstrahl durchsetzte Druckstufe (25) teilweise separiert ist,
einen dritten Vakuumraum (23), welcher von dem zweiten Vakuumraum (22) durch eine zweite, vom Elektronenstrahl durchsetzte Druckstufe (26) teilweise separiert ist,
einen vierten Vakuumraum (24), welcher durch eine dritte, vom Elektronenstrahl durchsetzte Druckstufe (27) vom dritten Vakuumraum (23) teilweise separiert ist, während der vierte Vakuumraum mit einem Innenraum der Vakuumkammer...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronenmikroskop zum Inspizieren und Bearbeiten eines Objekts mit miniaturisierten Strukturen.
Elektronenmikroskopie ist ein seit langem etabliertes Verfahren zum Inspizieren einer Oberfläche eines zu untersuchenden Objekts. Bei der Rasterelektronenmikroskopie wird dabei insbesondere die Oberfläche des zu untersuchenden Objekts mittels eines feinen Elektronenstrahls abgescannt bzw. gerastert. Die infolge des Auftreffens des Elektronenstrahls aus der Objektoberfläche austretenden bzw. an dieser rückgestreuten Elektronen werden detektiert, um ein Elektronenbild des abgescannten Bereichs erstellen zu können. Elektronenmikroskope weisen üblicherweise folgende Komponenten auf: eine Elektronenstrahlquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, eine Elektronenoptik zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf das zu untersuchende Objekt, eine Ablenkoptik zum Abscannen der Oberfläche des Objekts mit dem Elektronenstrahl sowie mindestens einen Detektor zum Detektieren von an der Objektoberfläche rückgestreuten bzw. aus dieser austretenden Elektronen. Neben der reinen Inspektion werden Elektronenmikroskope vermehrt auch zur Bearbeitung miniaturisierter Strukturen auf einem Objekt bzw. zur Herstellung eines Objekts mit miniaturisierten Strukturen eingesetzt. Dabei wird selektiv und mit hoher Präzision Material abgeschieden oder abgetragen, indem einer zu bearbeitenden Stelle des Objekts ein Reaktionsgas zugeführt wird, welches durch den auf die zu bearbeitende Stelle des Objekts auftreffenden Elektronenstrahl angeregt und chemisch reaktiv wird und so selektiv am Ort der Anregung an der Objektoberfläche Material abgeschieden oder Material vom Objekt abgetragen werden kann. Dabei wird das Reaktionsgas geeignet in Abhängigkeit vom abzutragenden Material einer miniaturisierten Struktur auf einer Oberfläche des Objekts bzw. dem aufzubringenden Material gewählt. Ein besonderer Anwendungsbereich dieser Technik liegt im Bereich der Maskenreparatur für die Lithographie. Masken spielen nach wie vor eine herausragende Rolle bei der Herstellung miniaturisierter Strukturen im Bereich der Halbleiterindustrie. Im Rahmen der Lithographie wird dabei die (Photo-)Maske mit Licht durchstrahlt, um auf einem Wafer eine verkleinerte Abbildung der Maske zu erzeugen, die einen auf dem Wafer aufgebrachten Fotoresist belichtet und so auf dem Wafer in nachfolgenden Bearbeitungsschritten zu erzeugende Strukturen definiert. Fehler der Maske können sich folglich ausgesprochen nachteilig auf die Qualität der mit ihrer Hilfe erzeugten miniaturisierten Strukturen auswirken. Da die Maskenherstellung nach wie vor zeit- und kostenaufwendig ist, finden Maskenreparaturverfahren vermehrt Anwendung. Dabei können mittels der beschriebenen, durch den Elektronenstrahl induzierten chemischen Reaktion sehr gezielt und mit hoher Präzision Maskendefekte repariert werden. Bei einem Maskenreparaturverfahren, wie auch bei anderen Verfahren zur Erzeugung miniaturisierter Strukturen ist es erforderlich, einen Endpunkt des Materialaufbzw. -abtrags zu detektieren, an dem genügend Material abgeschieden bzw. abgetragen wurde. Zu dessen Detektion können verschiedene Parameter herangezogen werden, beispielsweise Signale von Sekundär- oder Rückstreuelektronen, Röntgenstrahlen, Gaskomponenten sowie ein im Objekt erzeugter Strom.
Das Arbeiten mit einem reaktiven Gas in einer ansonsten unter Hochvakuum betriebenen Elektronenmikroskopieanordnung sowie das Bearbeiten einer Maske mit den Besonderheiten der dabei für Masken üblicherweise verwendeten Materialien stellen besondere Anforderungen an die Elektronenmikroskopie- bzw. Bearbeitungssystemeigenschaften. Bei der Zuführung eines Reaktionsgases ergeben sich besondere Anforderungen an das Vakuumpumpsystem des Elektronenmikroskops sowie des gesamten Bearbeitungssystems, da das Vakuum einen bestimmten Schwellwert nicht überschreiten darf und zudem eine Empfindlichkeit einzelner Elektronenmikroskopkomponenten gegenüber reaktivem Gas bei der Anordnung dieser Komponenten im System beachtet werden muß. So müssen beispielsweise Schäden an Elektronenmikroskopkomponenten und elektrische Überschläge durch einen zu hohen Druck vermieden werden. Weitere Anforderungen ergeben sich dadurch, daß Masken, insbesondere Fotomasken, üblicherweise schwierig elektronenmikroskopisch abzubilden sind, da sich durch die für eine Fotomaske üblicherweise verwendeten Materialien, zum Beispiel MoSi auf einem Quarzsubstrat, nur ein sehr schlechter Materialkontrast ergibt. Des weiteren ergeben sich aus der mangelnden Leitfähigkeit von Masken Probleme. Quarz lädt sich üblicherweise im Laufe der elektronenmikroskopischen Inspektion bzw. Bearbeitung auf. Eine solche Aufladung führt zu einer Deformation und Ablenkung des Elektronenstrahls und insgesamt zu einem Bilddrift. Des weiteren werden Anzahl und Verteilung der aus der Objektoberfläche austretenden Sekundärelektronen sowie der rückgestreuten Elektronen durch die Aufladung des Objekts negativ beeinflußt.
Druckschrift DE 102 08 043 A1 offenbart ein Materialbearbeitungssystem, welches ein Elektronenmikroskop und eine Gaszuführung umfasst. Ein Elektronenstrahl des Elektronenmikroskops wird auf ein Objekt gerichtet, um durch Anregung eines von der Gaszuführung zugeführten Reaktionsgases zu Ablagerungen auf einer Oberfläche des Objekts oder Abtragungen von der Oberfläche des Objektes zu führen.
Druckschrift DE 44 21 517 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrag oder Auftrag von Material mittels eines Partikelstrahls unter Verwendung eines Reaktionsgases.
Druckschrift DE 198 45 329 C2 offenbart ein Rasterelektronenmikroskop mit einem Strahlerzeuger und einer Probenkammer, zwischen denen eine oder mehrere Druckstufenblenden angeordnet sind. Dabei werden Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen detektiert.
Druckschrift EP 0 444 085 B1 offenbart ein Rasterelektronenmikroskop, wobei Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen durch verschiedene Detektoren detektiert werden.
Druckschriften EP 1 439 565 A2 und DE 103 01 579 A1 offenbaren ein Elektronenstrahlgerät mit einer Detektoranordnung, welche eine Selektion nach Sekundär- und Rückstreuelektronen erlaubt.
Druckschrift US 4,500,790 A offenbart ein Elektronenlithographiesystem, welches eine Abtastschrittweite bei erhöhtem Intensitätssignal von detektierten Rückstreuelektronen vergrößert.
Der Artikel ”High-resolution electron-beam induced deposition” von H. W. P. Koogs et al., erschienen im J. Vac. Sci. Technol. B 6 (1), Jan/Feb 1988, bezieht sich auf ein Materialbearbeitungssystem, mit dem mittels eines fokussierten Elektronenstrahls auf einer Oberfläche adsorbierte Moleküle zersetzt werden können, wobei Rückstreuelektronen zur Bildaufnahme detektiert werden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektronenmikroskop zum Inspizieren und Bearbeiten eines Objekts bereitzustellen, welches auch bei nicht leitenden Substraten die Aufnahme eines Elektronenbildes mit gutem Materialkontrast ermöglicht und eine Bearbeitung unter Gaszufuhr erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch ein Elektronenmikroskop gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Elektronenmikroskop zum Inspizieren und Bearbeiten eines in einer Vakuumkammer angeordneten Objekts mit miniaturisierten Strukturen, welches umfaßt:
Eine Elektronenstrahlquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls,
eine Fokussierlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf das Objekt,
einen Sekundärelektronendetektor,
einen Rückstreuelektronendetektor, welcher, gesehen in einer Richtung des Elektronenstrahls, d. h. in Richtung von der Elektronenstrahlquelle zur Fokussierlinse, mit Abstand vor dem Sekundärelektronendetektor, angeordnet ist,
wobei der Sekundärelektronendetektor und der Rückstreuelektronendetektor im Inneren des Elektronenmikroskops zwischen der Fokussierlinse und der Elektronenstrahlquelle angeordnet sind,
ferner einen Energieselektor, welcher zwischen dem Sekundärelektronendetektor und dem Rückstrahlelektronendetektor angeordnet ist,
wobei das Elektronenmikroskop, in einer Richtung von der Elektronenstrahlquelle zur Fokussierlinse gesehen, vier Vakuumräume umfaßt:
Einen ersten Vakuumraum, in welchem die Elektronenstrahlquelle angeordnet ist, einen zweiten Vakuumraum, welcher vom ersten Vakuumraum durch eine erste, vom Elektronenstrahl durchsetzte Druckstufe teilweise separiert ist,
einen dritten Vakuumraum, in welchem der Rückstreuelektronendetektor angeordnet ist, und welcher von dem zweiten Vakuumraum durch eine zweite, vom Elektronenstrahl durchsetzte Druckstufe teilweise separiert ist, und einenvierten Vakuumraum, in welchem eine Oberfläche des Sekundärelektronendetektors angeordnet ist und welcher durch eine dritte, vom Elektronenstrahl durchsetzte Druckstufe vom dritten Vakuumraum teilweise separiert ist.
Die vorliegende Erfindung nutzt die Erkenntnis, daß bei Elektronenmikroskopieverfahren insbesondere bei Verwendung von Primärelektronenstrahlen mit geringer Energie das Erzeugen eines Elektronenbildes mittels Rückstreuelektronen besonders vorteilhaft ist. Sie stellt ferner eine Anordnung bereit, welche es ermöglicht, trotz eines infolge Reaktivgaszufuhr erhöhten Gasdrucks an einem Auftreffort des Elektronenstrahls auf dem Objekt ein geeignetes Druckprofil im Inneren des Elektronenmikroskops bereitzustellen, welches die Verwendung eines Rückstreuelektronendetektors mit Energieselektor und damit eine besonders effiziente Elektronenbilderzeugung erlaubt.
Als Primärelektronen werden die von der Elektronenstrahl quelle erzeugten Elektronen vor dem Auftreffen auf das Objekt bezeichnet, entsprechend wird die Energie dieser Elektronen Primärenergie genannt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Elektronenmikroskops liegt darin, daß ein einziges Signal, nämlich das der Rückstreuelektronen, ausreicht, um ein Elektronenbild zu erzeugen, welches auch bei nicht bzw. schlecht leitenden Objekten mit elektronenoptisch herkömmlich nur schwer differenzierbaren miniaturisierten Strukturen einen ausreichend guten Materialkontrast aufweist. Dies ermöglicht insbesondere bei Maskenreparaturen eine Endpunktserkennung, und insbesondere eine automatische Endpunktserkennung.
Beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf die Objektoberfläche treten die in dem Elektronenstrahl enthaltenen Elektronen in Wechselwirkung mit dem Objekt. In Abhängigkeit vom Objektmaterial bzw. den Objektmaterialien und der Primärenergie des Elektronenstrahls treten Sekundär- und Rückstreuelektronen unterschiedlicher Energie aus. Sekundärelektronen weisen aufgrund ihrer stärkeren Wechselwirkung mit dem Objekt eine geringere Energie auf als Rückstreuelektronen, sie treten auch unter anderen Winkeln aus und nehmen folglich einen anderen Phasenraum ein. Rüdkstreuelektronen werden entweder elastisch oder inelastisch an der Objektoberfläche gestreut und haben im allgemeinen noch etwa 50 bis 80% der Energie der Primärelektronen. Die Sekundärelektronen hingegen weisen nur noch einen kleinen Bruchteil der Primärenergie auf.
Das erfindungsgemäße Elektronenmikroskop weist zwei verschiedene, räumlich voneinander getrennte Detektoren auf, nämlich einen Rückstreuelektronendetektor und einen Sekundärelektronendetektor. Beide Detektoren sind im Inneren des Elektronenmikroskops angeordnet und werden daher auch als ”Inlens”-Detektoren bezeichnet. Diese Anordnung ermöglicht neben einer effizienten Detektion der jeweiligen Elektronenart zudem einen vorteilhaft kurzen Arbeitsabstand zwischen Fokussierlinse und Objektoberfläche.
Aufgrund ihrer unterschiedlichen Energie und der unterschiedlichen Austrittswinkel nehmen die Sekundärelektronen einen von den Rückstreuelektronen größtenteils verschiedenen Weg im Inneren des Elektronenmikroskops. Dabei liegt ein Crossover eines Sekundärelektronenstrahls näher an dem Objekt als ein Crossover eines Strahls von Rück streuelektronen. Aufgrund der unterschiedlichen Energien von Sekundär- und Rückstreuelektronen ist es möglich, mittels eines Energieselektors nur die Rückstreuelektronen zum Rückstreuelektronendetektor passieren zu lassen, was sich als besonders vorteilhaft bei der Erzeugung des Elektronenbildes herausgestellt hat. Des weiteren stellt insbesondere die Ausgestaltung des Elektronenmikroskops mit vier Vakuumräumen eine Lösung für die widerstreitenden Anforderungen bereit, die sich durch Zufuhr eines Reaktionsgases und damit verbundener Druckerhöhung im Bereich des Objekts und effizientem Detektieren von Rückstreuelektronen andererseits ergeben. Insbesondere ist es gelungen, einen ausreichend großen Durchtrittsquerschnitt für die Rückstreuelektronen in das Elektronenmikroskop hinein und damit zum Rückstreuelektronendetektor bereitzustellen, dabei gleichzeitig aber auch eine für den Rückstreuelektronendetektor geeignete Vakuumumgebung zu schaffen.
Die Elektronenstrahlquelle kann eine der üblichen Elektronenstrahlquellen sein, die im allgemeinen eine Anordnung aus Elektronen emittierender Elektrode, Extraktionselektrode und Anode umfaßt. Die Elektronenstrahlquelle kann beispielsweise ein thermischer Feldemitter (TFE), ein Schottky-Feldemitter sein oder auch eine Haarnadelkathode umfassen.
Die Fokussierlinse kann eine jegliche geeignete elektronenoptische Linsen zum Fokussieren eines Elektronenstrahls sein. Vorzugsweise umfaßt die Fokussierlinse eine magnetische Linse mit elektrostatischer Immersionslinse. Diese Kombination erlaubt es, zunächst stark beschleunigte Primärelektronen auf eine geringere Endenergie abzubremsen und so die Auflösung des gesamten Elektronenmikroskops zu verbessern. Die magnetische Linse umfaßt typischerweise einen inneren und einen' äußeren Polschuh mit dazwischen angeordneter Anregungsspule und erlaubt die Erzeugung eines magnetischen Feldes im Bereich der vom Elektronenstrahl durchsetzten Austrittsöffnung der magnetischen Linse. Eine elektrostatische Immersionslinse umfaßt beispielsweise eine Elektrodenanordnung mit einem Strahlrohr, welches den inneren Polschuh entlang der optischen Achse durchsetzt und ein unteres Ende aufweist, und weiterhin eine in Richtung Objekt mit Abstand von dem unteren Ende des Strahlrohrs angeordnete Abschlußelektrode. Das Strahlrohr kann dabei vorteilhaft im wesentlichen in einem unteren Teil eines durch den inneren Polschuh gebildeten Innenraums angeordnet sein, während die Abschlußelektrode sich in solchen Ausführungsformen räumlich im wesentlichen in Richtung des Primärelektronenstrahls an den äußeren Polschuh anschließt. Es sind jedoch auch beliebige andere Elektrodenanordnungen einsetzbar, um den Primärelektronenstrahl vor Auftreffen auf der Objektoberfläche abzubremsen bzw. zu verzögern.
Der Sekundärelektronendetektor und der Rückstreudetektor sind in bevorzugten Ausführungsformen Detektoren mit jeweils einer ringförmig um den Primärelektronenstrahlgang angeordneten Detektionsfläche Sie können durch übliche, je einen Szintillator, einen Lichtleiter und einen Photomultiplier umfassende Elektronendetektoren gebildet sein, wie sie aus dem Stand der Technik wohlbekannt sind.
Der vierte Vakuumraum ist mit einem Innenraum der Vakuumkammer durch eine vom Elektronenstrahl durchsetzte Öffnung in der Fokussierlinse gasleitend verbunden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der vierte Vakuumraum mit dem Innenraum der Vakuumkammer zudem über eine, beispielsweise im Bereich der dritten Druckstufe angeordnete, vom Elektronenstrahl nicht durchsetzte Öffnung gasleitend verbunden. Diese gasleitende Verbindung sorgt dabei für eine sehr geringe Druckdifferenz zwischen dem vierten Vakuumraum und dem Innern der Vakuumkammer. Bei dieser Anordnung ist es möglich, das Vakuum bei Betrieb in unmittelbarer Nachbarschaft zum Objekt um einen Faktor 10 geringer, also den Druck höher, zu halten als insgesamt im Innern der Vakuumkammer, insbesondere bei entsprechend kurzem Abstand zwischen Elektronenmikroskop bzw. ggf. zusätzlichen Komponenten, etwa zur Gaszufuhr, und dem Objekt. Dadurch kann eine vorteilhaft hohe Gaskonzentration, bzw. ein der Adsorption förderlicher Reaktionsgaspartialdruck in einem Auftreffbereich des Primärelektronenstrahls bereitgestellt werden.
Es sind auch andere Anordnungen der Öffnung bzw. gasleitenden Verbindung im vierten Vakuumraum denkbar, beispielsweise eine von der dritten Druckstufe mit größerem Abstand angeordnete und somit dem Objekt nähere Öffnung, die beispielsweise durch die Fokussierlinse seitlich hinausführt. Es ist auch denkbar, mehrere Öffnungen an verschiedenen Stellen des vierten Vakuumraums vorzusehen.
Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Elektronenmikroskopen, die zur Materialabtragung bzw. -auftragung unter Zuführung von Reaktionsgas vorgesehen sind, erfolgt hier gerade keine weitestmögliche Separierung vom Innenraum des Elektronenmikroskops von der Vakuumkammer, sondern im Gegensatz dazu eine direkte Verbindung zwischen dem vierten Vakuumraum und dem Innenraum der Vakuumkammer. Die gasleitende Verbindung kann beispielsweise durch ein Rohr oder einen vakuumdichten Schlauch oder ähnliches bereitgestellt werden, die dem Gasfluß nur einen sehr geringen Widerstand entgegensetzen.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die dritte Druckstufe, d. h. die Druckstufe, welche den vierten vom dritten Vakuumraum teilweise separiert, den Sekundärelektronendetektor. In dieser Ausführungsform wird die Druckstufe im wesentlichen durch eine Öffnung im Sekundärelektronendetektor, welche vom Elektronenstrahl durchsetzt ist, gebildet. Der Sekundärelektronendetektor kann beispielsweise einen ringförmig ausgebildeten Szintillator umfassen, der mit einem Lichtleiter verbunden ist, dem ein Photomultiplier nachgeschaltet ist. Da die Rückstreuelektronen eine höhere kinetische Energie aufweisen als die Sekundärelektronen, passiert die Mehrzahl der Rückstreuelektronen die Öffnung im Sekundärelektronendetektor und tritt dabei in den folgenden Vakuumraum ein.
In vorteilhaften Ausführungsformen bildet die vom Elektronenstrahl durchsetzte Öffnung des Sekundärelektronendetektors die Stelle des Elektronenstrahlgangs mit dem kleinsten Durchmesser in dem betreffenden Vakuumraum, so daß eine Druck- bzw. Vakuumdifferenz zwischen den benachbarten Vakuumräumen von mindestens etwa einem Faktor 2 erreicht werden kann. In Ausführungsformen mit einer Kombination aus magnetischer Linse und elektrostatischer Immersionslinse z. B. sind Durchmesser von Strahlrohr, Öffnung der Abschlußelektrode und von einer zentralen Bohrung in der magnetischen Linse jeweils derart größer als ein Durchmesser der vom Elektronenstrahl durchsetzten Öffnung des Sekundärelektronendetektors, daß diese eine Druckstufe bildet und es ermöglicht, zwei benachbarte Vakuumräume derart zu separieren, daß eine Druck- bzw. Vakuumdifferenz von mindestens etwa einem Faktor 2 erreicht werden kann.
Der Energieselektor ist besonders bevorzugt derart angeordnet und eingerichtet, daß er Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen voneinander trennt. Dies ermöglicht es, diejenigen Sekündärelektronen von Rückstreuelektronen zu trennen, die in den dritten Vakuumraum gelangen. Die Trennung der Sekundärelektronen von den Rückstreuelektronen erlaubt eine besonders vorteilhafte Erzeugung eines Elektronenbildes. Insbesondere kann das Elektronenbild auf Basis der Rückstreuelektronen erzeugt werden, was einen besseren Materialkontrast der abgebildeten Materialien ermöglicht.
Insbesondere kann der Energieselektor dazu angeordnet und eingerichtet sein, Sekundärelektronen zu reflektieren. Beispielsweise kann der Energieselektor zwei zueinander parallele Gitter sowie eine Spannungsquelle zum Erzeugen eines elektrischen Feldes zwischen den Gittern umfassen. Diese Gitter sind vorteilhaft im wesentlichen parallel zu einer Detektionsfläche des Rückstreuelektronendetektors angeordnet. Da die Sekundärelektronen eine geringere kinetische Energie aufweisen als die Rückstreuelektronen, kann das zwischen den zwei Gittern erzeugte elektrische Feld geeignet eingestellt werden, um Sekundärelektronen zu reflektieren, während Rückstreuelektronen durch das elektrische Feld hindurchtreten können. Somit gelangen nur Rückstreuelektronen zum Rückstreuelektronendetektor. Der Energieselektor kann ferner so konfiguriert sein, dass er nur solche Rückstreuelektronen durch ihn hindurch zum Rückstreuelektronendetektor passieren lässt, deren Energie eine bestimmte Schwellenenergie überschreitet, und somit eine Energieselektion bei den Rückstreuelektronen vornimmt. Dies kann beispielsweise bei einem gegebenen Energieselektor durch geeignete Wahl der angelegten Spannung bzw. Potentialdifferenz erreicht werden. Die Gitter können hinsichtlich Material, Dimensionen, Maschenweite etc. gleich oder unterschiedlich sein, so lange sie die Erzeugung eines elektrischen Feldes einer Feldstärke und Feldgeometrie ermöglichen, die ein Reflektieren von Sekundärelektronen und ggf. eine geeignete Selektion der Rückstreuelektronen nach ihrer Energie ermöglicht. Die Feldstärke wird auf die kinetische Energie der Sekundärelektronen und die der Rückstreuelektronen abgestimmt, die unter anderem von der Primärenergie des auf die Objektoberfläche auftreffenden Elektronenstrahls, Objektmaterial und Geometrie der miniaturisierten Strukturen und auch Ausrichtung des Objekts zum Elektronenmikroskop abhängen. Durch geeignete Wahl der elektrischen Feldstärke, d. h. geeignete Energieselektion, läßt sich die Rückstreuelektronenausbeute und damit eine Qualität des erzeugten Elektronenbildes, stark verbessern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der erste Vakuumraum einen Anschluß an eine erste Vakuumpumpe, der zweite Vakuumraum einen Anschluß an eine von der ersten Vakuumpumpe verschiedene zweite Vakuumpumpe und der dritte Vakuumraum einen Anschluß an eine von der ersten und der zweiten Vakuumpumpe verschiedene dritte Vakuumpumpe. Dies ermöglicht es, die verschiedenen Vakuumräume besonders effizient individuell zu evakuieren und in dem jeweiligen Vakuumraum einen für die darin angeordneten Komponenten geeigneten Druck bereitzustellen.
In einigen Ausführungsbeispielen haben die Vakuumkammer und über diese der vierte Vakuumraum einen Anschluß an eine von der ersten bis dritten Pumpe verschiedene vierte Vakuumpumpe. Somit werden der vierte Vakuumraum und die Vakuumkammer von der gleichen Vakuumpumpe evakuiert. Die Vakuumräume und Druckstufen des erfindungsgemäßen Elektronenmikroskops sind vorzugsweise derart eingerichtet, daß sich bei Betrieb des Elektronenmikroskops mit vier Vakuumpumpen Gasdrücke in den einander benachbarten vier Vakuumräumen jeweils um wenigstens 1:10, vorzugsweise um wenigstens 1:20, 1:50 oder 1:100 unterscheiden.
In einer alternativen Ausführungsform sind die Anschlüsse des dritten Vakuumraums und der Vakuumkammer mit viertem Vakuumraum gemeinsam mit der dritten Vakuumpumpe verbunden. Dabei kann insbesondere der Anschluß der Vakuumkammer mit dem Anschluß des dritten Vakuumraums gekoppelt sein, d. h. an diesen angeschlossen sein. In dieser Ausführungsform laufen die Anschlüsse von drittem Vakuumraum und Vakuumkammer somit zusammen und sind gemeinsam, d. h. als ein gemeinsamer Anschluß, an die dritte Vakuumpumpe angeschlossen, welche beispielsweise eine Turbomolekularpumpe sein kann. Die Vakuumräume und Druckstufen dieser Ausführungsform sind vorzugsweise derart eingerichtet, dass sich bei Betrieb des Elektronenmikroskops Gasdrücke in dem ersten, zweiten und dritten Vakuumraum jeweils um wenigstens 1:10, vorzugsweise um wenigstens 1:20, 1:50 oder 1:100 unterscheiden, während sich Gasdrücke in dem dritten und vierten Vakuumraum um mindestens etwa 1:2 unterscheiden.
Somit ermöglichen die geeignete Einteilung in verschiedene Vakuumräume sowie die dazu vorgesehenen Druckstufen den Betrieb des Elektronenmikroskops auch bei Gaszufuhr sowie den Einsatz des druckempfindlichen Rückstreuelektronendetektors, während gleichzeitig genügend große Durchtrittsöffnungen für die zu selektierenden Sekundär- und Rückstreuelektronen bereitgestellt werden.
Gemäß einem Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Elektronenmikroskop wird ein Verfahren zum Herstellen eines Objekts mit miniaturisierten Strukturen beschrieben, welches umfaßt:

a) Bearbeiten des Objekts durch Zuführen von Reaktionsgas an einer Oberfläche des Objekts und Richten eines Elektronenstrahls auf eine Bearbeitungsstelle an der Oberfläche des Objekts, um Material an dem Objekt abzuscheiden oder Material vom Objekt abzutragen; und
b) Inspizieren des Objekts durch Abscannen der Oberfläche des Objekts, bzw. eines Bereichs der Oberfläche des Objekts mit dem Elektronenstrahl und Leiten von durch den abscannenden Elektronenstrahl erzeugten Rückstreuelektronen und Sekundärelektronen zu einem Energieselektor, Reflektieren der Sekundärelektronen an dem Energieselektor, Detektieren von den Energieselektor passierenden Rückstreuelektronen und Erzeugen eines Elektronenbildes des abgescannten Bereichs in Abhängigkeit von den detektierten Rückstreuelektronen; und
c) Untersuchen des erzeugten Elektronenbildes und Entscheiden, ob weiteres Abscheiden oder Abtragen von Material erfolgen soll.

Das als Anwendungsbeispiel beschriebene Verfahren kann besonders vorteilhaft mit dem erfindungsgemäßen Elektronenmikroskop durchgeführt werden. Die obig geschilderten Überlegungen und Ausführungsformen gelten analog für das Verfahren.
Demgemäß umfaßt das Leiten von durch den abscannenden Elektronenstrahl erzeugten Rückstreuelektronen und Sekundärelektronen zu einem Energieselektor besonders bevorzugt Leiten von durch den abscannenden Elektronenstrahl erzeugten Rückstreuelektronen und Sekundärelektronen zu einem Energieselektor im Innern des Elektronenmikroskops.
Auch das als Anwendungsbeispiel beschriebene Verfahren macht sich die Erkenntnis zunutze, daß gerade bei nicht leitenden Objekten bzw. schlecht leitenden Objekten und Objekten mit elektronenoptisch nur schwer unterscheidbaren Materialkombinationen und Verwendung geringer Primärenergie des Elektronenstrahls ein Elektronenbild mit ausreichend gutem Materialkontrast erreicht werden kann, wenn Rückstreuelektronen detektiert werden, von denen zuvor Sekundärelektronen mittels eines Energieselektors abgetrennt werden. Umfaßt der Energieselektor eine Elektrodenanordnung mit zwei parallel zueinander angeordneten Gittern, wie oben beschrieben, so umfaßt das Reflektieren von Sekundärelektronen vorzugsweise ein Reflektieren der Sekundärelektronen an einem zwischen den Gittern erzeugten elektrischen Feld. Dabei ist, wie bereits im Zusammenhang mit dem Elektronenmikroskop erwähnt, das elektrische Feld hinsichtlich seiner Feldstärke und Geometrie derart gewählt, daß Sekundärelektronen reflektiert werden, während Rückstrahlelektronen den Energieselektor passieren können. Ferner kann mittels des Energieselektors auch eine Selektion der Rückstreuelektronen nach ihrer Energie erfolgen. Beispielsweise kann der Energieselektor dabei derart konfiguriert sein, nur Rückstreuelektronen zum Detektor passieren zu lassen, deren Energie eine vorbestimmte Schwellenenergie überschreitet.
Besonders vorteilhaft ist die vorliegende Erfindung in den Ausführungsformen, in denen Elektronen des Elektronenstrahls beim Bearbeiten und beim Inspizieren am Ort des Objekts eine Primärenergie von 5 keV oder weniger aufweisen, z. B. 2 keV oder weniger und insbesondere 1 keV oder weniger aufweisen. Durch eine derartige kleine Primärenergie des Elektronenstrahls kann eine unerwünschte Aufladung des Objekts zumindest verringert werden.
Diese Primärenergie kann dabei durch eine elektrostatische Immersionslinse oder sonstige geeignete Elektrodenanordnungen im Bereich der Fokussierlinse oder zwischen Fokussierlinse und Objekt erreicht werden, wie es bereits oben geschildert wurde. Solche Anordnungen ermöglichen nicht nur das Abbremsen eines Elektronenstrahls auf eine gewünschte Primärenergie, sondern sind auch vorteilhaft zum Leiten von Sekundär und Rückstreuelektronen in das Innere des Elektronenmikroskops.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das als Anwendungsbeispiel beschriebene Verfahren das Leiten von durch den abscannenden Elektronenstrahl erzeugten Sekundärelektronen, die nicht dem Energieselektor zugeführt werden, das Zuleiten dieser Sekundärelektronen zu einem Sekundärelektronendetektor und Detektieren der dem Sekundärelektronendetektor zugeführten Sekundärelektronen. Durch diesen Verfahrensschritt lassen sich weitere Informationen über die Oberfläche des Objekts gewinnen. Die Signale der jeweiligen Detektoren können je nach gewünschtem Informationsgehalt des Elektronenbildes miteinander korreliert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfaßt das als Anwendungsbeispiel beschriebene Verfahren ferner das Erzeugen eines ersten Vakuums in einem Raum, in dem eine Elektronen detektierende Oberfläche des Sekundärelektronendetektors angeordnet ist und Erzeugen eines zweiten Vakuums in einem Raum, in dem der Energieselektor angeordnet ist, wobei ein Gasdruck des ersten Vakuums mindestens zwei mal, beispielsweise mehr als fünf mal, mehr als zehn, zwanzig oder fünfzig mal größer ist als ein Gasdruck des zweiten Vakuums. Wie bereits im Zusammenhang mit dem Elektronenmikroskop gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, ermöglichen eine derartige Ausgestaltung des Elektronenmikroskops und die damit zusammenhängenden Verfahrensschritt das Bearbeiten der Objektoberfläche unter Gaszufuhr sowie die effiziente Detektion von Rückstreuelektronen. Des weiteren erlaubt es der Energieselektor, bzw. im Fall der Elektrodenanordnung mit zwei Gittern unter Verwendung des dazwischen erzeugten elektrischen Feldes die besondere Einstellung des Energieselektors bzw. Einstellung der Geometrie und Stärke des elektrischen Feldes zwischen den Gittern, einen Kontrast zwischen verschiedenen abgescannten Materialien eines Objekts im erzeugten Elektronenbild zu verbessern. Durch den verbesserten Materialkontrast wird beispielsweise eine automatische Endpunktdetektion bei einer Maskenreparatur möglich. In einer solchen Ausführungsform umfaßt das Untersuchen des erzeugten Elektronenbildes und Entscheiden, ob weiteres Abscheiden oder Abtragen vom Material erfolgen soll, Vergleichen eines Höchstwertes eines untersuchten Pixels des Elektronenbildes mit einem Sollwert dieses Pixels des untersuchten Elektronenbildes und Beenden des Bearbeitens, wenn die Differenz zwischen dem Ist und dem Sollwert einen bestimmten Grenzwert unterschreitet. Diese Entscheidung ist in automatisierter Form besonders vorteilhaft zur Endpunktdetektion bei Materialabscheidung bzw. -abtragung im Rahmen von Maskenreparaturprozessen.
Das Erzeugen des Elektronenbildes kann ferner umfassen: Abscannen der Oberfläche des Objekts mit dem Elektronenstrahl zur Erzeugung eines ersten Elektronenbildes in Abhängigkeit von den detektierten Rückstreuelektronen, erneutes Abscannen der Oberfläche des Objekts mit dem Elektronenstrahl zum Erzeugen eines zweiten Elektronenbildes des abgescannten Bereichs in Abhängigkeit von den detektierten Rückstreuelektronen und Erzeugen eines Elektronenbildes aus einem Mittel aus dem ersten und dem zweiten Elektronenbild. Das Verfahren kann ferner n-maliges Abscannen und entsprechendes Erzeugen von n Elektronenbildern umfassen, wobei das gemittelte Elektronenbild vorzugsweise ein Mittel aus den n Elektronenbildern ist. Mit diesem Verfahren läßt sich ein Signal-zu-Rauschverhältnis des erzeugten Elektronenbildes vorteilhaft verbessern. Dabei steigt das Verhältnis zugunsten des Signals mit der Anzahl der Pixel, über welche gemittelt wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Bearbeitungssystem zum Bearbeiten eines Objekts mit miniaturisierten Strukturen bereitgestellt, welches das erfindungsgemäße Elektronenmikroskop sowie eine Gaszuführungsanordnung zum zuführen eines Reaktionsgases an die Objektoberfläche umfaßt.
Geeignete Gaszuführungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein Beispiel für eine Gaszuführungsanordnung lässt sich beispielsweise der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 08 043 A1 entnehmen.
Das Bearbeiten eines Objekts durch Zuführen von Reaktionsgas für Materialabtrag oder -ablagerung an sich ist aus dem Stand der Technik bekannt. Es werden weiterhin ständig neue Materialien und Reaktionen für Ätz- und Abscheidungsprozesse entwickelt. Ein im Bereich der Bearbeitungsstelle am Objekt erhöhter Gasdruck geht zum einen auf das notwendigerweise zugeführte Reaktionsgas zurück, zum anderen entstehen im Laufe der Reaktion üblicherweise auch Reaktionsprodukte in Gasform, die den Gasruck lokal erhöhen und aus dem System entfernt werden müssen.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das Elektronenmikroskop und/oder das Bearbeitungssystem eingerichtet, das als Anwendungsbeispiel beschriebene Verfahren auszuführen. Beispielsweise umfasst das Elektronenmikroskop bzw. das Bearbeitungssystem eine Steuereinheit zum Steuern der Verfahrensschritte, bevorzugt einschließlich einer Optimierung einer an dem Energieselektor anzulegenden Potentialdifferenz. Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, den Schritt des Entscheidens automatisch durch Vergleich eines Ist-Bildes mit einem Soll-Bild durchzuführen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Bearbeitungssystem ferner eine Elektrodenanordnung, welche eine zwischen der Fokussierlinse des Elektronenmikroskops und dem Objekt angeordnete Elektrode umfaßt, die eine vom Elektronenstrahl durchsetzte Öffnung aufweist. Diese Elektrode dient als Abschirmelement und ermöglicht es, den Primärstrahl im Bereich seines Auftreffens von elektrischen Feldern, die etwa durch Aufladung des Objekts entstehen, abzuschirmen. Die Öffnung der Elektrode und die Elektrode selbst sollten derart zum Objekt angeordnet und derart bemessen sein, daß sie eine Anzahl der durch die Elektrodenöffnung in Richtung des Elektronenmikroskops hindurchtretenden Sekundär- und Rückstreuelektronen nicht wesentlich verringern. Eine geeignete Elektrodenanordnung ist beispielsweise in der internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 2005/101451 A1 beschrieben.
In Ausführungsbeispielen kann die Gaszuführungsanordnung und/oder die als Abschirmelement dienende Elektrode derart eingerichtet sein, dass beim Bearbeiten des Objekts durch diese und/oder eine oder mehrere andere dem Objekt nächste Komponente(n) eine weitgehende Dichtung an das Objekt derart bereitgestellt wird, dass ein überwiegender Anteil des/der in diesem Bereich vorhandenen Gases/Gase, wie etwa Reaktionsgas und durch Reaktion erzeugtes Gas, bevorzugt mindestens etwa 50 Masse%, weiter bevorzugt mindestens etwa 75 Masse, durch die gasleitende Verbindung zwischen dem vierten Vakuumraum und dem Innern der Vakuumkammer der Vakuumkammer zugeführt und von dort durch eine Vakuumpumpe entfernt wird, während nur ein verhältnismäßig kleinerer Anteil des Gases/der Gase im Bereich des Objekts ins Innere der Vakuumkammer entweicht.
Im folgenden wird die vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Figuren beschrieben, wobei in
1 ein vereinfachter, schematischer Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems dargestellt ist und in
2 ein vereinfachter, schematischer Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bearbeitungssystems dargestellt ist.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Komponenten.
Das Bearbeitungssystem 100 umfaßt ein Elektronenmikroskop 1, eine Gaszuführungsanordnung 8 zum Zuführen von Reaktionsgas an eine zu bearbeitende Stelle eines auf einem Objekthalter 81 gehaltenen Objekts O sowie eine Elektrodenanordnung 9.
Das Elektronenmikroskop 1 umfaßt in einer Richtung des Elektronenstrahls eine Elektronenstrahlquelle 3, erste Fokussier-/Ablenkelemente 48, einen Rückstreuelektronendetektor 6, einen Energieselektor 7, einen Sekundärelektronendetektor 5 und eine Fokussierlinse 4. Innerhalb der Fokussierlinse sind zweite Fokussier-/Ablenkelemente 47 angeordnet. Die Fokussierlinse 4 ist eine Kombination aus einer magnetischen Linse und einer elektrostatischen Immersionslinse. Die magnetische Linse umfaßt einen inneren Polschuh 42, einen äußeren Polschuh 41, eine dazwischen angeordnete Spule 43, wobei ein unteres Ende des inneren Polschuhs 42 und ein unteres Ende des äußeren Polschuhs 41 einen im wesentlichen axialen Spalt 44 ausbilden, in welchem bei Induktion eines magnetischen Flusses durch die Polschuhe 41,42 durch Stromfluß in der Spule 43 ein Magnetfeld erzeugt wird, welches im wesentlichen im Bereich des axialen Spaltes 44 austritt. Dieses Magnetfeld führt zu einer Fokussierung des Elektronenstrahls, welcher von der Elektronenstrahlquelle 3 zum Objekt O hin beschleunigt wird. Die elektrostatische Immersionslinse umfaßt ein Strahlrohr 45, welches sich durch einen durch den inneren Polschuh 42 und den äußeren Polschuh 41 gebildeten Innenraum der magnetischen Linse 4 erstreckt. Die elektrostatische Immersionslinse umfaßt ferner eine mit Abstand von einem unteren Ende des Strahlrohrs 45 angeordnete Abschlußelektrode 46. Durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Feldes zwischen dem Strahlrohr 45 und der Abschlußelektrode 46 durch eine Spannungsquelle (schematisch angedeutet, ohne Bezugszeichen) ist es möglich, die Primärelektronen auf eine zur Inspektion von Photomasken geeignete Primärenergie von etwa 1 keV abzubremsen. In der dargestellten Ausführungsform kann das Strahlrohr beispielsweise auf + 8 kV liegen, während die Abschlußelektrode 46 geerdet ist.
Das Elektronenmikroskop 1 ist in vier verschiedene Vakuumräume 21, 22, 23, 24 unterteilt, die durch Druckstufen 25, 26, 27 voneinander teilweise separiert sind. Ein erster Vakuumraum 21 enthält die Elektronenstrahlquelle 3. Der erste Vakuumraum 21 ist durch einen ersten Anschluß 29, 129 mit einer Ionengetter-Pumpe 37 verbunden. Im ersten Vakuumraum 21 herrscht bei Betrieb des Elektronenmikroskops zum Beispiel ein Druck im Bereich von etwa 10^–9 bis 10^–10 mbar. Eine erste Druckstufe 25 wird durch eine den Elektronenstrahlgang symmetrisch umgebene Öffnung 25 gebildet. Ein zweiter Vakuumraum 22 ist über einen zweiten Anschluß 30, 130 mit einer zweiten Vakuumpumpe 38, einer Iongetter-Pumpe verbunden. Eine zweite Druckstufe separiert den zweiten Vakuumraum 22 teilweise von einem dritten Vakuumraum 23. Der Druck im zweiten Vakuumraum 22 kann bei Betrieb des Elektronenmikroskops beispielsweise im Bereich von etwa 10^–7 mbar liegen. Im dritten Vakuumraum 23 sind der Rückstreuelektronendetektor 6 und der Energieselektor 7 angeordnet. Der dritte Vakuumraum 23 ist vom zweiten und von einem vierten Vakuumraum 22, 24 jeweils durch Druckstufen 26 und 27 teilweise separiert und weist einen Anschluß 31, 131 auf, der den dritten Vakuumraum mit einer dritten Vakuumpumpe 39 verbindet. Der Druck im dritten Vakuumraum kann bei Betrieb beispielsweise im Bereich von etwa 10^–5 mbar liegen. Der vierte Vakuumraum 24 wird durch die dritte Druckstufe 27 vom dritten Vakuumraum 23 teilweise separiert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die dritte Druckstufe 27 den Sekundärelektronendetektor 5.
Dabei wird eine Öffnung der dritten Druckstufe 27 durch die vom Elektronenstrahl durchsetzte Öffnung des Sekundärelektronendetektors 5 gebildet. Der Sekundärelektronendetektor 5 ist- dabei derart im Inneren des Elektronenmikroskops 1 gehalten, daß ein Druckausgleich zwischen den teilweise separierten Vakuumräumen 23, 24 nur durch die Öffnung im Sekundärelektronendetektor erfolgen kann. Der vierte Vakuumraum 24 weist ferner eine gasleitende Verbindung 28 zum Inneren der Vakuumkammer 2 mit dem Vakuumraum 35 auf. Die gasleitende Verbindung 28 wird hier durch ein einfaches Metallrohr bereitgestellt. Durch das Metallrohr, welches einen recht großen Durchmesse 128, 128' aufweist, um dem Transport von Gas ins Innere der Vakuumkammer 2 möglichst wenig Widerstand entgegenzusetzen, wird das von der Gaszuführung zugeführte Reaktivgas aus dem vierten Vakuumraum 24 zur Vakuumkammer 2 abgeführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Strahlrohr 45 einen in Strahlrichtung unteren zylinderförmigen Bereich auf, welcher sich in Richtung auf den Sekundärelektronendetektor 5 konisch erweitert und sich dann in Form eines Zylinders mit größerem Durchmesser nach oben bis durch den zweiten Vakuumraum 22 hindurch erstreckt. Das Strahlrohr 45 umgibt somit sowohl Sekundärelektronendetektor 5, Energieselektor 7 als auch Rückstreuelektronendetektor 6. Das Strahlrohr 45 ist mit Abstand unterhalb vom Sekundärelektronendetektor 5 durch eine vakuumdichte Halterung 49, beispielsweise aus Keramik, gehalten und ist mit dem unteren Polschuh 41 derart vakuumdicht verbunden, dass der vierte Vakuumraum 24 im Wesentlichen einen Innenraum des Strahlrohrs und einen Zwischenraum zwischen Isolierung 49 und dem sich in Richtung Elektronenstrahlquelle 3 anschließenden dritten Vakuumraum 23 umfasst. Im Inneren des vierten Vakuumraums 24 herrscht bei Betrieb im Bereich, d. h. in Nachbarschaft zu, der dritten Druckstufe 27 beispielsweise ein Druck im Bereich von etwa einigen 10^–4 mbar, während im Inneren der Vakuumkammer 2 beispielsweise ein Vakuum im Bereich von etwa einigen 10^–5 mbar erreicht wird. Die Vakuumkammer 2 weist einen, Anschluß 32, 132 auf, der das Innere der Vakuumkammer 2 mit Vakuumraum 35 dem mit einer vierten Vakuumpumpe 40 verbindet.
Somit lassen sich der erste, der zweite, der dritte und die Kombination aus viertem Vakuumraum und Vakuumkammer jeweils individuell evakuieren, so daß ein guter Betrieb des Elektronenmikroskops auch bei Gaszufuhr in der Vakuumkammer ermöglicht wird.
Eine Detektionsfläche 51 des Sekundärelektronendetektors ist mithin im vierten Vakuumraum 24 angeordnet, während der Rückstreuelektronendetektor 6 im dritten Vakuumraum 23, in welchem ein besseres Vakuum erreicht wird, angeordnet ist.
Der Energieselektor 7 ist derart vor dem Rückstreuelektronendetektor 6 angeordnet, dass alle vom Objekt O emittierten oder an diesem rückgestreuten Elektronen den Energieselektor 7 passieren müssen, um zu einer Detektionsfläche des Rückstreuelektronendetektors 6 gelangen zu können. Der Energieselektor 7 umfaßt in der dargestellten Ausführungsform ein erstes Gitter 71, ein zweites Gitter 72 und eine Spannungsquelle 73 zum Erzeugen eines geeigneten elektrischen Feldes zwischen dem ersten und dem zweiten Gitter, um das Reflektieren von aus der Objektoberfläche austretenden Sekundärelektronen zu ermöglichen. Die Gitter sind parallel zueinander angeordnet und umschließen den Elektronenstrahlgang des von der Elektronenstrahlquelle 3 erzeugten Primärelektronenstrahls ringförmig. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erste Gitter 71 mit der Spannungsquelle 73 verbunden, während das zweite Gitter 72 an das Strahlrohr 45 gekoppelt ist und somit auf dem gleichen Potential liegt wie dieses. Es ist möglich, ein isolierendes Rohr in die durch die Gitter 71, 72 gebildete, vom Elektronenstrahl durchsetzte Öffnung einzubringen, um den Primärelektronenstrahl vor dem Einfluß des zwischen den beiden Gittern 71, 72 angelegten elektrischen Feldes zu schützen. Das mittels Spannungsquelle 73 angelegte elektrische Feld wird derart auf die Primärelektronenenergie und die Besonderheiten der inspizierten und bearbeitenden Probe angepasst, dass die Rückstreuelektronen durch das elektrische Feld hindurch passieren und am Rückstreuelektronendetektor detektiert werden, während die Sekundärelektronen aufgrund ihrer geringeren kinetischen Energie reflektiert und mithin nicht detektiert werden. Durch Einstellung der an die Gitter angelegten Potentialdifferenz lassen sich die Stärke des elektrischen Feldes und somit Höhe des Detektionssignals verbessern.
Die dargestellte Ausführungsform umfaßt weiterhin eine Elektrodenanordnung 9, die eine ringförmig um den Elektronenstrahlgang angeordnete Abschirmelektrode 91 umfaßt, welche eine zentrale Öffnung 92 aufweist, die ungestörten Durchtritt des Primärelektronenstrahls und weitgehend ungehinderten Durchtritt von Sekundär- und Rückstreuelektronen ermöglicht. An die Elektrode 91 kann mittels einer geeigneten Spannungsquelle (schematisch dargestellt, ohne Bezugszeichen) eine geeignete Spannung angelegt werden, um den Primärelektronenstrahl wirksam vor einem durch Aufladung des Objekts O erzeugten elektrischen Feld abzuschirmen.
In einem Verfahren zur automatischen Endpunktselektion erfolgt in einem ersten Schritt Inspizieren des Objekts, welches bei der Maskenreparatur eine Photomaske ist, in welcher etwa miniaturisierte Molybdänstrukturen auf einem Quarzsubstrat aufgebracht sind. Beim Inspizieren werden Fehler in der Maske identifiziert und Bearbeitungsschritte zum Beheben bzw. Ausbessern des Fehlers gewählt. Dann wird in einem Bearbeitungsschritt eine zu bearbeitende Stelle auf dem Objekt O in den Bereich des Primärelektronenstrahls gebracht und mittels der Gaszuführungsanordnung 8 ein Reaktionsgas zugeführt, welches durch die Elektronen des Elektronenstrahls angeregt und so chemisch reaktiv wird. Damit kann beispielsweise Material abgetragen werden. Nach einer gewissen Zeitspanne des Materialabtrags wird die bearbeitete Stelle erneut inspiziert. Das Inspizieren erfolgt dabei durch Detektion von Rückstreuelektronen, von welchen Sekundärelektronen mittels des Energieselektors 7 separiert wurden. Aus der Oberfläche des Objekts O austretende Sekundärelektronen treten in das Innere des Elektronenmikroskops 1 ein und treffen im vierten Vakuumraum auf die Detektionsfläche 51 des Sekundärelektronendetektors 5. Diejenigen Sekundärelektronen, die durch die Öffnung des Sekundärelektronendetektors in die dritte Vakuumkammer vordringen, werden durch Anlegen einer geeigneten Spannung zwischen dem ersten Gitter 71 und dem zweiten Gitter 72 des Energieselektors 7 reflektiert. Nur die höherenegetischen Rückstreuelektronen passieren den Energieselektor 7 und gelangen zum Rückstreuelektronendetektor 6. Das Elektronenbild, auf Basis dessen über das Erreichen eines Endpunkts entscheiden wird, wird auf Basis der detektierten Rückstreuelektronen erzeugt. Entspricht das erzeugte Elektronenbild einem Sollbild, kann das Bearbeiten des Objekts eingestellt werden. Andernfalls erfolgt ein erneuter Bearbeitungsschritt unter Zufuhr von Reaktionsgas. Diese Verfahrensweise ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise eine automatische Endpunktselektion insbesondere bei der Reparatur von Photomasken.
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten lediglich durch Anschlüsse und Zuordnung zu Vakuumpumpen des dritten und vierten Vakuumraums 23, 24. Im zweiten Ausführungsbeispiel mündet ein Anschluss 31' des dritten Vakuumraums 23 in einen Anschluß 32' der Vakuumkammer 2. Mithin sind der dritte Vakuumraum 23, die Vakuumkammer 2 mit dem Vakuumraum 35 und über diese der vierte Vakuumraum 24 mit der gleichen dritten Pumpe 39 verbunden. Auch mit dieser instrumentell weniger aufwendigen Ausführungsform lässt sich eine geeignete Vakuumumgebung innerhalb des Elektronenmikroskops erzeugen. Im ersten Vakuumraum 21 liegt bei Betrieb ein Vakuum im Bereich von etwa 5·10^–10 mbar und ein Vakuum im zweiten Vakuumraum 22 im Bereich von etwa 5·10^–8 mbar an. Ein Vakuum im dritten Vakuumraum 23 und im Anschluss 31' liegt beispielsweise bei etwa 7·10^–5 mbar. Im Bereich der dritten Druckstufe 27 im Inneren des vierten Vakuumraums 24 und im Innern der Vakuumkammer 2 herrscht bei Betrieb beispielsweise ein Druck im Bereich von etwa 10^–4 mbar, während in unmittelbarer Nähe zum Objekt beispielsweise ein Vakuum im Bereich von nur etwa 10^–2 mbar erreicht wird.

Claims

Elektronenmikroskop (1) zum Inspizieren und Bearbeiten eines in einer Vakuumkammer (2) angeordneten Objekts (O) mit miniaturisierten Strukturen, umfassend: eine Elektronenstrahlquelle (3) zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, eine Fokussierlinse (4) zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf das Objekt (O), einen Sekundärelektronendetektor (5), wobei das Elektronenmikroskop (1), in einer Richtung von der Elektronenstrahlquelle (3) zur Fokussierlinse (4), vier Vakuumräume (21, 22, 23, 24) umfaßt: einen ersten Vakuumraum (21), in welchem die Elektronenstrahlquelle (3) angeordnet ist, einen zweiten Vakuumraum (22), welcher vom ersten Vakuumraum (21) durch eine erste, vom Elektronenstrahl durchsetzte Druckstufe (25) teilweise separiert ist, einen dritten Vakuumraum (23), welcher von dem zweiten Vakuumraum (22) durch eine zweite, vom Elektronenstrahl durchsetzte Druckstufe (26) teilweise separiert ist, einen vierten Vakuumraum (24), welcher durch eine dritte, vom Elektronenstrahl durchsetzte Druckstufe (27) vom dritten Vakuumraum (23) teilweise separiert ist, während der vierte Vakuumraum mit einem Innenraum der Vakuumkammer (2) durch eine vom Elektronenstrahl durchsetzte Öffnung in der Fokussierlinse gasleitend verbunden ist, gekennzeichnet durch einen Rückstreuelektronendetektor (6), welcher, gesehen in eine Richtung des Elektronenstrahls, mit Abstand vor dem Sekundärelektronendetektor (5) angeordnet ist, wobei der Sekundärelektronendetektor (5) und der Rückstreuelektronendetektor (6) in einem Innere des Elektronenmikroskops (1) zwischen der Fokussierlinse (4) und der Elektronenstrahlquelle (3) angeordnet sind, einen Energieselektor (7), welcher zwischen dem Sekundärelektronendetektor (5) und dem Rückstreuelektronendetektor (6) angeordnet ist, wobei der Rückstreuelektronendetektor (6) im dritten Vakuumraum (23) angeordnet ist, und wobei eine Oberfläche (51) des Sekundärelektronendetektors (5) in dem vierten Vakuumraum (24) angeordnet ist.
Elektronenmikroskop gemäß Anspruch 1, wobei die dritte Druckstufe (27) den Sekundärelektronendetektor (5) umfaßt.
Elektronenmikroskop (1) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Energieselektor (7) dazu angeordnet und eingerichtet ist, Sekundärelektronen und Rückstreuelektronen voneinander zu trennen.
Elektronenmikroskop (1) gemäß Anspruch 3, wobei der Energieselektor (7) dazu angeordnet und eingerichtet ist, Sekundärelektronen zu reflektieren.
Elektronenmikroskop (1) gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der Energieselektor (7) dazu eingerichtet ist, nur solche Rückstreuelektronen zum Rückstreuelektronendetektor passieren zu lassen, deren Energie eine vorbestimmte Schwellenenergie überschreitet.
Elektronenmikroskop (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Energieselektor (7) zwei zueinander parallele Gitter (71, 72) sowie eine Spannungsquelle (73) zum Erzeugen eines elektrischen Feldes zwischen den zwei Gittern (71, 72) umfaßt.
Elektronenmikroskop (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Vakuumraum (21) einen Anschluß (29) an eine erste Vakuumpumpe (37) umfaßt, wobei der zweite Vakuumraum (22) einen Anschluß (30) an eine von der ersten Vakuumpumpe (37) verschiedene zweite Vakuumpumpe (38) umfaßt, und wobei der dritte Vakuumraum (23) einen Anschluß (31) an eine von der ersten und der zweiten Vakuumpumpe (37, 38) verschiedene dritte Vakuumpumpe (39) umfaßt.
Elektronenmikroskop gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der vierte Vakuumraum (24) mit dem Innenraum der Vakuumkammer (2) über eine vom Elektronenstrahl nicht durchsetzte Öffnung (28) gasleitend verbunden ist.
Elektronenmikroskop (1) gemäß Anspruch 8, wobei die vom Elektronenstrahl nicht durchsetzte Öffnung (28) im Bereich der dritten Druckstufe (27) angeordnet ist.
Elektronenmikroskop (1) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Vakuumkammer (2) einen Anschluß an eine von der ersten bis dritten Vakuumpumpe (37, 38, 39) verschiedene vierte Vakuumpumpe (40), umfasst.
Elektronenmikroskop (1) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Vakuumkammer (2) einen Anschluß an die dritte Vakuumpumpe (39) umfasst.
Elektronenmikroskop (1) gemäß Anspruch 11, wobei der Anschluß der Vakuumkammer (2) an die dritte Vakuumpumpe (39) vor der dritten Vakuumpumpe (39) mit dem Anschluß (31) des dritten Vakuumraums (23) an die dritte Vakuumpumpe (39) gekoppelt ist.
Elektronenmikroskop (1) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vakuumräume (21, 22, 23, 24) und Druckstufen (25, 26, 27) derart eingerichtet sind, daß sich bei Betrieb des Elektronenmikroskops (1) Gasdrücke in den einander benachbarten ersten bis dritten Vakuumräumen (21, 22, 23) jeweils um wenigstens 1:10 unterscheiden und in dem dritten und vierten Vakuumraum (23, 24) um wenigstens 1:2 unterscheiden.
Bearbeitungssystem (100) zum Bearbeiten eines Objekts (O) mit miniaturisierten Strukturen, umfassend ein Elektronenmikroskop (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, und eine Gaszuführungsanordnung (8) zum Zu führen eines Reaktionsgases an eine Oberfläche des Objekts (O).
Bearbeitungssystem (100) gemäß Anspruch 14, umfassend eine Elektrodenanordnung (9), welche eine zwischen der Fokussierlinse (4) des Elektronenmikroskops (1) und dem Objekt (O) angeordnete Elektrode (91) umfaßt, die eine vom Elektronenstrahl durchsetzte Öffnung (92) aufweist.