DE102007028662A1

DE102007028662A1 - Elektronenstrahl-Größenmessgerät und Verfahren zur Größenmessung mit Elektronenstrahlen

Info

Publication number: DE102007028662A1
Application number: DE102007028662A
Authority: DE
Inventors: Masayuki Kuribara
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2008-01-03
Also published as: US7560693B2; JP2008004367A; TW200809236A; JP4906409B2; TWI337362B; US20080067383A1; KR100906030B1; KR20070121524A

Abstract

Ein Elektronenstrahl-Größenmessgerät beinhaltet: ein Elektronenstrahlstrahlungsmittel, das einen Elektronenstrahl auf eine Oberfläche einer Probe strahlt; ein Erfassungsmittel, das von der Probe emittierte Elektronen erfasst; ein Distanzmessmittel, das die Distanz zwischen der Probe und einer Sekundärelektronen-Steuerelektrode des Erfassungsmittels misst; eine Bühne, auf der die Probe befestigt ist; und ein Steuermittel, das die Höhe der Bühne so einstellt, dass die vom Distanzmessmittel gemessene Distanz gleich einer festgelegten festen Distanz sein würde, das an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode des Erfassungsmittels eine Steuerspannung anlegt, wobei die Steuerspannung so festgelegt wird, dass ermöglicht wird, dass das Potential der Probenoberfläche einen konstanten Pegel einnimmt, wenn die Probe in einer festen Distanz positioniert ist, und welches veranlasst, dass der Elektronenstrahl durch Anlegen einer festgelegten Beschleunigungsspannung gestrahlt wird. Die Bühne kann ein Haltemittel, das die Probe nicht elektrisch damit verbindet, und ein Bewegungsmittel enthalten, das die Probe auf- und abbewegt.

Description

Erfindungshintergrund
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronenstrahl-Größenmessgerät und ein Verfahren zur Größenmessung mit Elektronenstrahlen zur Untersuchung einer Probe durch Strahlen eines Elektronenstrahls auf die Probe.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Während des Herstellungsprozesses eines Halbleiterbauelements wird mit einem Elektronenstrahlgerät, wie etwa einem Elektronenmikroskop, eine Untersuchung einer Probe, eine Messung einer Musterlinienbreite und dergleichen ausgeführt. Bei einer Untersuchung oder Vermessung einer Probe wird ein zu untersuchender Abschnitt gerastert, während er mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, und wird durch Umsetzen der Menge an Sekundärelektronen oder dergleichen in Lumineszenz als ein Bild auf einem Bildschirm abgebildet.
Wenn eine Probe auf diese Weise untersucht oder vermessen wird, wird die Probe mit einem Elektronenstrahl bestrahlt. Diese Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl bewirkt das Phänomen, dass die Oberfläche der Probe aufgeladen wird. Um genau zu sein, die bestrahlte Oberfläche wird durch einen Unterschied in der Ladungsmenge zwischen geladenen Teilchen, die in die Probe eindringen, und geladenen Teilchen, die von der Probe emittiert werden, positiv oder negativ aufgeladen. Wenn die Oberfläche der Probe aufgeladen ist, werden emittierte Sekundärelektronen beschleunigt oder zur Probe zurückgezogen und demgemäß wird die Effizienz der Sekundärelektronenemission geändert. Dies erzeugt folglich das Problem, dass die Bildqualität der Probenoberfläche unbeständig wird. Zusätzlich kann der Primärelektronenstrahl, wenn die Aufladung der Probenoberfläche fortschreitet, abgelenkt werden, wodurch in einigen Fällen eine Bildstörung verursacht wird.
Um solche Probleme zu lösen, sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, um zu verhindern, dass eine Probenoberfläche aufgeladen wird.
Als eine diesbezügliche Technik offenbart die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2003-142019 ein Verfahren zur Steuerung der Aufladung einer Probenoberfläche durch Verwendung einer Beschleunigungsspannung, die veranlasst, dass die Sekundärelektronenausbeute kleiner als 1 wird. Darüber hinaus offenbart die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2006-54094 ein Verfahren, um zu verhindern, dass das Potential einer Probenoberfläche positiv wird, und zwar auf eine Weise, dass eine Spannung von einer Elektrode, die direkt über der Probe angeordnet ist, von der Probenoberfläche emittierte Sekundärelektronen zurückstößt.
Wie es oben beschrieben wurde, tritt das Phänomen auf, bei dem eine Probe während einer Untersuchung der Probe mit einem Elektronenstrahlgerät aufgeladen wird. In einem Fall jedoch, bei dem eine Probe elektrisch angeschlossen werden kann, wie etwa beispielsweise eine Halbleiterscheibe, bestehen keine besonderen Probleme, weil das Phänomen der Aufladung einer Probe durch Erdung eines elektrisch an die Halbleiterscheibe angeschlossenen Leiters verhindert werden kann.
Allerdings tritt in einem Fall, bei dem die Probe nichtleitend ist oder bei dem die Probe, obwohl die Probe aus einem leitfähigen Material gefertigt ist, elektrisch erdfrei ist, d. h. nicht geerdet ist, das Phänomen der Aufladung einer Probe auf.
Beispielsweise tritt in einem Fall der Messung der Abmessung einer Photomaske, die als ein Master zur Bestrahlung eines Halbleiters verwendet wird, in den folgenden zwei Situationen eine Aufladung auf. Bei einer ersten Situation wird während des Herstellungsprozesses einer Schaltung über der gesamten Oberfläche eines Glassubstrats ein Leiter, wie etwa Chrom, abgeschieden. Bei einer zweiten Situation wird die aus einem Leiter, wie etwa Chrom, gefertigte Schaltung nach Beendigung des Herstellungsprozesses der Schaltung auf dem Glassubstrat abgeschieden.
Die aus dem Leiter, wie etwa Chrom, gefertigte Schicht wird über der gesamten Oberfläche des Glassubstrats abgeschieden, insbesondere unmittelbar bevor das Chrom geätzt wird. Aus diesem Grund wird, wenn infolge der Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl ein bestimmter Abschnitt aufgeladen wird, die leitfähige Schicht über der gesamten Oberfläche des Substrats aufgeladen. Dies beeinflusst folglich die Untersuchung oder die Messung der Abmessungen eines anderen Abschnitts. Zusätzlich wird, auch wenn die Aufladung an einem Abschnitt klein ist, die Aufladung schließlich durch Bestrahlung mehrerer hundert bis mehrerer tausend Abschnitte mit dem Elektronenstrahl groß, was es unmöglich macht, einen Abmessungszusammenhang zwischen einer zuerst gemessenen Abmessung und einer zuletzt gemessenen Abmessung herauszufinden.
Betreffend eine solche Änderung der gemessenen Abmessung zeigte ein Experiment der Erfinder der vorliegenden Erfindung, dass in einem Fall, bei dem die Strahlungsenergie eines Elektronenstrahls beispielsweise 1500 eV beträgt, eine Änderung des Potentials der Probenoberfläche von 10 V verursacht, dass eine Abmessung von 2 μm um 6 nm variiert.
Im Vergleich dazu ist es erforderlich, dass ein Elektronenstrahl-Größenmessgerät eine Abmessungsgenauigkeit innerhalb eines Fehlerbereichs von nicht mehr als 1 nm aufweisen sollte, wenn eine Abmessung von 2 μm gemessen wird. Demgemäß liegt ein zulässiger Bereich einer Änderung des Potentials der Probenoberfläche in einem Fall der Strahlungsenergie von 1500 eV in der Größenordnung von 1,7 V.
Zusätzlich wird die Strahlungsenergie eines Elektronenstrahls in einem Fall, bei dem die Messung der Abmessung eines Photolackmaterials gemessen wird, das während des Prozesses der Bildung der Schaltung verwendet wird, im Allgemeinen zum Zweck des Vermeidens einer Beschädigung des Photolackmaterials auf ungefähr 500 eV abgesenkt. In diesem Fall muss die muss das Potential der Probenoberfläche gleich oder niedriger als ungefähr 0,6 V eingestellt werden, um die Anforderung an die Abmessungsgenauigkeit zu erfüllen.
Darüber hinaus muss, da einige Typen von Photolackmaterialien eine hohe Schädigungsempfindlichkeit für Elektronenstrahlen aufweisen, die Strahlungsenergie auf ungefähr 400 eV bis 300 eV abgesenkt werden und es wird bevorzugt, dass eine Änderung des Potentials der Probenoberfläche so gut als möglich nahe 0 V liegt.
Man beachte, dass es mit einem Verfahren zur Steuerung der Aufladung einer Probenoberfläche durch Verwendung von Sekundärelektronen schwierig ist, das Potential der Probenoberfläche mit einer Genauigkeit von nicht mehr als 1 V konstant zu halten.
Kurzfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der Probleme der herkömmlichen Techniken gemacht worden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektronenstrahl-Größenmessgerät und ein Verfahren zur Größenmessung mit Elektronenstrahlen bereitzustellen, mit denen eine Probe mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann, während das Potential der Probenoberfläche innerhalb eines Bereichs von nicht mehr als 1 V gehalten wird.
Die vorhin genannten Probleme können durch ein Elektronenstrahl-Größenmessgerät gelöst werden das ein Elektronenstrahlstrahlungsmittel, ein Erfassungsmittel, ein Distanzmessmittel, eine Bühne und ein Steuermittel enthält. Um genau zu sein, das Elektronenstrahlstrahlungsmittel strahlt einen Elektronenstrahl auf eine Oberfläche einer Probe. Das Erfassungsmittel erfasst von der Probe emittierte Elektronen. Das Distanzmessmittel misst die Distanz zwischen der Probe und einer Sekundärelektronen-Steuerelektrode des Erfassungsmittels. Auf der Bühne ist die Probe befestigt. Schließlich stellt das Steuermittel die Höhe der Bühne so ein, dass die vom Distanzmessmittel gemessene Distanz gleich einer festgelegten festen Distanz sein würde, legt an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode des Erfassungsmittels eine Steuerspannung an und veranlasst, dass der Elektronenstrahl durch Anlegen einer festgelegten Beschleunigungsspannung gestrahlt wird. Hier wird die Steuerspannung so festgelegt, dass ermöglicht wird, dass das Potential der Probenoberfläche einen konstanten Pegel einnimmt, wenn die Probe in einer festen Distanz positioniert ist.
Beim zuvor erwähnten Elektronenstrahl-Größenmessgerät kann die Steuerspannung eine Spannung sein, die unter Verwendung einer Kalibrierungsprobe aus dem gleichen Material wie die Probe festgelegt wird. Um genauer zu sein, es wird vorausgesetzt, dass ein erster gemessener Wert durch Messen einer Abmessung der Kalibrierungsprobe erhalten wird, wobei deren Oberfläche nicht aufgeladen ist, und dass ein zweiter gemessener Wert ein Wert zu einem Zeitpunkt ist, an dem der gemessene Wert der Kalibrierungsprobe nicht mehr variiert, während die Kalibrierungsprobe abwechselnd mit dem Elektronenstrahl bestrahlt und die Abmessung gemessen wird, von einem Zustand aus, in dem die Oberfläche der Kalibrierungsprobe am Begin aufgeladen ist. Unter dieser Voraussetzung wird der Wert als ein Wert zu einem Zeitpunkt bestimmt, zu dem der erste gemessene Wert und der zweite gemessene Wert einander gleich sind.
Zusätzlich kann beim Elektronenstrahl-Größenmessgerät das Steuermittel das Elektronenstrahlstrahlungsmittel veranlassen, die gesamte Oberfläche der Probe mit dem Elektronenstrahl zu bestrahlen oder einen Bereich, an dem ein Leiter der Probe freiliegt.
Darüber hinaus können die zuvor genannten Probleme unter Verwendung eines Verfahrens zur Größenmessung mit Elektronenstrahlen gelöst, die folgenden Schritte einschließt: Ermitteln einer an eine Sekundärelektronen-Steuerelektrode anzulegenden Steuerspannung, um das Aufladungspotential der Probe so einzustellen, dass es konstant wird, wenn die Distanz zwischen einer Probe und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode konstant gehalten wird und wenn zudem eine Beschleunigungsspannung für einen auf die Probe zu strahlenden Elektronenstrahl auf einen festgelegten Wert eingestellt ist; Einstellen der Distanz zwischen der Probe und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode so, dass sie der festgelegten Distanz entspricht; Bestrahlen der Probe mit einem Elektronenstrahl bei der Beschleunigungsspannung durch Anlegen der Steuerspannung an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode; und Messen einer Abmessung der Probe nach Strahlen des Elektronenstrahls.
Erfindungsgemäß wird der Elektronenstrahl durch Anlegen einer festgelegten Spannung an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode unter der Bedingung gestrahlt, dass die Distanz zwischen der Oberfläche der zu vermessenden Probe und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode auf den vorbestimmten festen Wert eingestellt wird. Die an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode angelegte festgelegte Spannung ist eine Spannung, die so eingestellt wird, dass ermöglicht wird, dass das Potential der Probenoberfläche konstant wird, wenn die Distanz zwischen der Oberfläche der Probe und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode auf den festen Wert eingestellt wird. Durch Einstellen der Distanz zwischen der Oberfläche der Probe und der Sekundarelektronen-Steuerelektrode auf den festen Wert, wirken festgelegte Kräfte auf die von der Oberfläche der Probe emittierten Elektronen und die von der Oberfläche der Probe emittierten Elektronen werden in einem festgelegten Verhältnis zur Oberfläche zurückgezogen. Dies hält das Potential auf einer Probenoberfläche konstant und ermöglicht dadurch, dass eine Trajektorie eines Elektronenstrahls und eine Bestrahlungsfläche des Elektronenstrahls festgelegt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Elektronenstrahl-Größenmessgeräts, das bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
2 ist ein Diagramm, das eine Distanzmessvorrichtung des Elektronenstrahl-Größenmessgeräts in 1 zeigt.
3 ist ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen der Energie von Primärelektronen und einem Emissionsverhältnis von Sekundärelektronen zeigt.
Die 4A und 4B sind Diagramme, die jeweils einen Zusammenhang zwischen einem Emissionsverhältnis von Sekundärelektronen und der Oberfläche einer Probe zeigt.
Die 5A und 5B sind Diagramme, die erläutern, dass die Aufladung der Oberfläche einer Probe vom Abstand zwischen einer Probe und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode abhängt.
6 ist ein Diagramm, das eine zeitliche Veränderung des gemessenen Werts zeigt.
7 ist ein Diagramm, das die zeitlichen Veränderungen der Messwerte der Abmessungen unter Verwendung einer an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode angelegten Steuerspannung als Parameter zeigt.
8 ist ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zur Bestimmung der Steuerspannung für die Sekundärelektronen-Steuerelektrode.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Größenmessverfahren mit Elektronenstrahlen zeigt.
10A zeigt ein Abmessungsmessergebnis zu einem Zeitpunkt, bei dem der Abstand zwischen der Probe und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode konstant gehalten wurde. 10B zeigt ein Abmessungsmessergebnis zu einem Zeitpunkt, bei dem der Abstand zwischen der Probe und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode nicht konstant gehalten wurde.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
Zuerst wird eine Konfiguration eines Elektronenstrahl-Größenmessgeräts beschrieben werden. Zweitens werden Beschreibungen für einen Prozess zur Einstellung des Potentials einer Probenoberfläche auf einen konstanten Wert vorgelegt werden, welches ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist. Drittens wird ein Größenmessverfahren mit Elektronenstrahlen unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Größenmessgeräts beschrieben werden. Zuletzt werden Beschreibungen für ein Beispiel vorgelegt, bei dem Abmessungen unter Verwendung des Größenmessverfahrens mit Elektronenstrahlen der vorliegenden Erfindung gemessen werden.
1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Elektronenstrahl-Größenmessgeräts des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
Dieses Elektronenstrahl-Größenmessgerät 100 ist grob in eine elektronische Rastereinheit 10, eine Signalverarbeitungseinheit 30, eine Anzeigeeinheit 40, eine Distanzmesseinheit 50 und eine Steuereinheit 20, die jeweils die elektronische Rastereinheit 10, die Signalverarbeitungseinheit 30, die Anzeigeeinheit 40 und die Distanzmesseinheit 50 steuert, unterteilt. Unter diesen Einheiten ist die elektronische Rastereinheit 10 aus einer elektronenoptischen Säuleneinheit 15 und einer Probenkammer 16 aufgebaut.
Die elektronenoptische Säuleneinheit 15 enthält eine Elektronenkanone (Elektronenstrahl-Strahlungsmittel) 1, eine Kondensorlinse 2, eine Ablenkspule 3 und eine Objektivlinse 4. Die Probenkammer 16 enthält eine XYZ-Bühne 5 und eine Probenauflageeinheit 6, die aus einem Isolationsmaterial aufgebaut ist.
Die Probenkammer 16 ist sowohl mit einem (nicht dargestellten) Motor zur Bewegung der XYZ-Bühne 5 als auch mit einer (nicht dargestellten) Absaugvorrichtung zur Aufrechterhaltung einer Atmosphäre mit festgelegtem vermindertem Druck innerhalb der Probenkammer 16 verbunden.
Eine Probe 7 über der XYZ-Bühne 5 ist mit einem Elektronenstrahl 9 zu bestrahlen, der durch die Elektronenkanone 1 durch die Kondensorlinse 2, die Ablenkspule 3 und die Objektivlinse 4 gestrahlt wird.
Wenn die Probe 7 mit dem Elektronenstrahl 9 bestrahlt wird, wird die Menge an von der Probe 7 emittierten Sekundärelektronen oder reflektierten Elektronen durch einen Elektronendetektor 8 erfasst, der aus einer Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a, einem Szintillator usw. aufgebaut ist. In der Signalverarbeitungseinheit 30 wandelt ein AD-Wandler die erfasste Menge in einen Digitalbetrag und dann in Lumineszenzsignale um. Auf diese Weise wird ein Bild der Probe auf der Anzeigeeinheit 40 angezeigt. Die Steuereinheit 20 steuert den Betrag der Elektronenablenkung durch die Ablenkspule 3 und den Betrag der Bildrasterung der Anzeigeeinheit 40.
Die Steuereinheit 20 ist aus einem Mikrocomputer aufgebaut und weist darin gespeichert ein Programm zur Ausführung der Messung der Abmessungen auf. Zusätzlich bestimmt die Steuereinheit 20 eine Beschleunigungsspannung für den Elektronenstrahl 9 und legt die Beschleunigungsspannung an die Elektronenkanone 1 an, die elektrisch mit der Steuereinheit 20 verbunden ist.
2 ist ein Diagramm, welches das Elektronenstrahl-Größenmessgerät 100 zeigt, das eine Distanzmesskammer 51 enthält. In der Distanzmesskammer 51 wird die Höhe der Probe 7 über der XYZ-Bühne 5 gemessen. Diese Messung wird unter Verwendung einer Messvorrichtung 52 vom Nichtkontakttyp ausgeführt, die nicht in Kontakt mit der Probe 7 steht. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Distanzmesskammer 51 zusätzlich zur Probenkammer 16 vorgesehen und die Höhe der Probe 7 wird gemessen, nachdem die XYZ-Bühne 5 zur Distanzmesskammer 51 bewegt wurde. Als Messvorrichtung 52 vom Nichtkontakttyp wird beispielsweise eine CCD-Kamera verwendet und die Höhe der Probe 7 wird durch Erfassen einer Brennpunktposition gemessen, bei der sich die CCD-Kamera unter Verwendung eines Autofokusmechanismus mit dem Brennpunkt auf der Probe 7 befindet.
Übrigens ist ein Gerät zur Messung der Höhe einer Probe 7 nicht auf ein Gerät beschränkt, das eine CCD-Kamera verwendet, und es kann dafür irgendein Messgerät verwendet werden, solange das Gerät bei der Erfassung der Brennpunktposition auch unter Einfluss des Potentials einer Probe keine Fehler verursacht.
Bevor die Probe 7, die auf der XYZ-Bühne 5 mit der Probenauflageeinheit 6 platziert ist, im die vorhin erwähnte Konfiguration aufweisenden Elektronenstrahl-Größenmessgerät 100 hinsichtlich der Abmessung untersucht oder vermessen wird, werden unter Verwendung einer Kalibrierungsprobe, die aus dem gleichen Material gefertigt ist wie die Probe 7, die Bedingungen für eine Elektronendusche zur Neutralisation bestimmt (im Folgenden werden die Bedingungen und die Dusche einfach Neutralisierungsduschbedingungen bzw. Neutralisierungsdusche genannt werden). Die Neutralisierungsduschbedingungen sind solche, die für eine Neutralisierungsdusche (Bestrahlung mit Elektronenstrahl) zum Einstellen des Potentials auf der Oberfläche der Probe 7 erforderlich sind, um einen konstanten Pegel (beispielsweise 0 V) zu erreichen, und schließen eine Beschleunigungspannung für einen Elektronenstrahl, die Distanz (Referenzdistanz) zwischen der Oberfläche der Probe 7 und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode und einen an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode angelegten Spannungspegel (Referenzspannungspegel) ein. Nachdem diese Bedingungen bestimmt sind, wird die Distanz zwischen der Oberfläche der Probe 7 und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode als Referenzdistanz festgelegt und die Probe 7 wird durch Anlegen der Referenz spannung an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode einer Neutralisierungsdusche unterworfen.
(Prozess zur Einstellung des Potentials der Probenoberfläche auf konstanten Wert)
Die vor der Untersuchung oder Abmessungsmessung der Probe 7 ausgeführte Neutralisierungsdusche kann das Potential auf der Oberfläche der Probe 7 so einstellen, dass es konstant ist. Das Prinzip davon wird im Folgenden beschrieben werden.
3 zeigt schematisch einen Zusammenhang zwischen der Energie von Primärelektronen und einem Emissionsverhältnis von Sekundärelektronen. Wie es in 3 gezeigt ist, steigt, sowie die Energie der Primärelektronen von einem niedrigen Pegel aus ansteigt, auch das Emissionsverhältnis der Sekundärelektronen an und erreicht dann 1, wenn die Energie der Primärelektronen E1 ist. Wenn die Energie der Primärelektronen weiter ansteigt und Ein erreicht, wird das Emissionsverhältnis der Sekundärelektronen maximal. Dann, wenn die Energie der Primärelektronen E2 übersteigt, wird das Emissionsverhältnis der Sekundärelektronen wieder kleiner als 1. Hier ändern sich die Werte von E1, Ein und E2 in Abhängigkeit vom Material der Probe, obwohl sich der Wert von Ein in den meisten Fällen innerhalb eines Bereichs von 500 eV bis 1000 eV befindet.
Die 4A und 4B zeigen jeweils schematisch einen Zusammenhang zwischen einem Emissionsverhältnis von Sekundärelektronen und einem Ladungszustand auf der Oberfläche eines isolierenden Films. 4A zeigt einen Fall, bei dem das Emissionsverhältnis der Sekundärelektronen größer als 1 ist. Wenn das Emissionsverhältnis der Sekundärelektronen größer als 1 ist, wird die Oberfläche der Probe 7 positiv aufgeladen, da die Zahl an von der Probe 7 emittierten Sekundärelektronen 42 die Zahl an in die Probe 7 eintretende Primärelektronen 41 übersteigt. Demgegenüber zeigt 4B einen Fall, bei dem das Emissionsverhältnis der Sekundärelektronen kleiner als 1 ist, wobei der Fall einem Fall äquivalent ist, bei dem die in 3 gezeigte Energie der Primärelektronen niedriger ist als E1 oder größer ist als E2. Wenn das Emissionsverhältnis der Sekundärelektronen kleiner als 1 ist, verbleiben viele Elektronen auf der Oberfläche der Probe 7 und dadurch wird die Oberfläche der Probe 7 negativ aufgeladen.
Wenn die Energie der Primärelektronen ausreichend groß ist und wenn das Emissionsverhältnis der Sekundärelektronen kleiner als 1 ist, verlangsamen sich die Primärelektronen um die Probe 7 herum, da die Oberfläche der Probe 7 negativ aufgeladen wird. Diese Aufladung schreitet voran, bis sich die Primärelektronen auf den Pegel entsprechend der Energie E2 verlangsamen und bis das Emissionsverhältnis der Sekundärelektronen nahe 1 wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Aufladungsspannung die Differenz zwischen E2 und der Energie der Primärelektronen und die Oberfläche der Probe 7 kann manchmal so aufgeladen werden, dass sie eine großen negativen Wert aufweist (beispielsweise einen Wert niedriger als –100 V. Wenn solch eine Aufladung auftritt, wird ein Sekundärelektronenbild so stark gestört, dass der Fehler der Messung der Abmessungen zunimmt.
Wenn demgegenüber das Emissionsverhältnis der Sekundärelektronen größer als 1 ist, wird die Oberfläche der Probe 7 positiv aufgeladen. Wenn allerdings die Oberfläche aufgeladen wird, wird eine relativ große Zahl von Sekundärelektronen 43, die eine Energie von wenigen Elektronenvolt besitzen, zur Oberfläche der Probe 7 zurückgezogen. Ein einfallender Strom, der durch die Primärelektronen und die zur Oberfläche zurückgezogenen Sekundärelektronen getragen wird, und ein Emissionsstrom, der durch die emittierten Sekundärelektronen getragen wird, erreichen ein Gleichgewicht und dadurch schreitet die Aufladung nicht mehr weiter voran. Aus diesem Grund wird zur Untersuchung einer Probe 7 und dergleichen ein Bereich eingesetzt, in dem das Emissionsverhältnis der Sekundärelektronen größer als 1 ist.
Um solch ein Gleichgewicht zu erreichen, wird eine Änderung des Potentials einer Probenoberfläche üblicherweise auf solche Art und Weise unterdrückt, dass das Potential der Probenoberfläche durch Ändern der Energie des gestrahlten Elektronenstrahls veranlasst wird, sich positiv oder negativ aufzuladen. Gleichzeitig wird die Beschleunigungsspannung so eingestellt, dass das Emissionsverhältnis der Sekundärelektronen 1 wird und dadurch verhindert wird, dass die Probenoberfläche aufgeladen wird. Es ist jedoch schwierig, die Beschleunigungsspannung einzustellen, weil sich die Beschleunigungsspannung, die veranlasst, dass die Erzeugungseffizienz der Sekundärelektronen 42 1 ist, in Abhängigkeit vom Material der Probe 7 unterscheidet, und dadurch ist es nötig, während der Einstellung der Beschleunigungsspannung die Beschleunigungsspannung zu finden, die veranlasst, dass die Erzeugungseffizienz der Sekundärelektronen 1 ist. Zusätzlich ist es mit diesem Verfahren schwierig, die Aufladung mit einer Genauigkeit von nicht mehr als 1 V einzustellen.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel achtet auf die Distanz zwischen der Oberfläche einer Probe 7 und einer Elektrode (beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a des Elektronendetektors 8).
Die Menge der aus der Oberfläche der mit einem Elektronenstrahl bestrahlten Probe 7 emittierten Sekundärelektronen hängt von der Energie des gestrahlten Elektronenstrahls und der Kraft ab, die auf die Sekundärelektronen wirkt. Diese Kraft hängt von einem elektrischen Feld ab, das durch eine an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a angelegte Spannung erzeugt wird. Dann wird das elektrische Feld entsprechend der Distanz (im Folgenden auch einfach als „die Proben-Elektroden-Distanz" bezeichnet) zwischen der Oberfläche der Probe 7 und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a und einer an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a angelegten Steuerspannung bestimmt.
Demgemäß kann die auf die Sekundärelektronen wirkende Kraft dadurch konstant gehalten werden, dass die Steuerspannung und die Proben-Elektroden-Distanz konstant gehalten wird.
Die 5A und 5B zeigen ein Problem, das in einem Fall auftritt, bei dem die Distanz zwischen der Oberfläche der Probe 7 und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a nicht konstant ist.
Es wird vorausgesetzt, dass das Potential der Oberfläche einer Probe 7a 0 V beträgt, wenn die Proben-Elektroden-Distanz W1 beträgt, wie es in 5A gezeigt ist. Dann kann die Probe 7a mit hoher Genauigkeit gemessen werden, da die Oberfläche der Probe 7a nicht aufgeladen ist.
Anschließend wird eine Abmessung einer anderen auf der XYZ-Bühne 5 befestigten Probe 7b gemessen, wie es in 5B gezeigt ist. Da sich die Dicke eines Glassubstrats der Probe 7b von der eines Glassubstrats in 5A unterscheidet, ändert sich die Proben-Elektroden-Distanz in 5B so, dass sie W2 ist.
Die auf aus der Oberfläche der Probe 7b emittierte Elektronen wirkende Kraft F ist ein Produkt der Ladung der Elektronen und des elektrischen Feldes zwischen der Oberfläche der Probe 7b und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a. Demgemäß wird die auf die Elektronen wirkende Kraft im Fall von W2 (> W1) so schwach, dass viele Elektronen zur Probe 7b zurückgezogen werden. Dies veranlasst, dass die Oberfläche der Probe 7b negativ aufgeladen wird.
Demgegenüber wird die auf die Elektronen wirkende Kraft konstant, wenn die Proben-Elektroden-Distanz und die Steuerelektrode konstant gehalten werden. Im Ergebnis wird die Menge der zur Probe 7 zurückgezogenen Elektronen konstant und dadurch wird das Potential der Oberfläche der Probe 7 0 V.
Wenn die Distanz zwischen der Oberfläche einer Probe und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a wie oben beschrieben konstant gehalten werden, kann das Potential der Probenoberfläche durch Steuern der Werte der an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a angelegten Steuerspannung und der Beschleunigungsspannung für den Elektronenstrahl konstant gehalten werden.
(Verfahren zum Konstanthalten des Potentials der Probenoberfläche)
Wie oben beschrieben bestimmt das elektrische Feld zwischen der Probe 7 und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a, ob die aus der Oberfläche der Probe 7 emittierten Elektronen die Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a erreichen oder zur Oberfläche der Probe 7 zurückgezogen werden. Demgemäß wird, damit sich die Sekundärelektronen gleichförmig verhalten, das elektrische Feld dadurch, dass die an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a angelegte Spannung und die Distanz zwischen der Probe 7 und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a konstant gehalten werden, so eingestellt, dass es konstant ist.
6 zeigt eine zeitliche Änderung eines gemessenen Werts einer Probe zu einem Zeitpunkt, an dem das Potential der Probenoberfläche nicht konstant ist.
Es wird vorausgesetzt, dass eine zum Zeitpunkt t0 gemessene Abmessung α ist. Während die Abmessung der Probe gemessen wird, wird die Probe mit dem Elektronenstrahl bestrahlt. Im Ergebnis wird die Oberfläche der Probe aufgeladen und eine Trajektorie des Elektronenstrahls wird verschoben. Wie es in 6 gezeigt ist, verursacht dies ein Phänomen, bei dem durch Messen der Abmessung ein größerer Wert erhalten wird, sowie die Zeit verstreicht.
Aus diesem Grund wird zum Zeitpunkt t1 eine Neutralisierungsdusche ausgeführt, um das Potential der Probenoberfläche so einzustellen, dass es konstant ist. Diese Neutralisierungsdusche wird ausgeführt, bis der momentan gemessene Wert gleich dem zum Zeitpunkt t0 gemessenen Wert wird. In 6 kehrt das Potential der Probenoberfläche durch Ausführen der Neutralisierungsdusche bis zum Zeitpunkt t2 zum Zustand am Zeitpunkt t0 zurück. Danach werden für die Proben wiederholt die Messung der Abmessungen und die Neutralisierungsdusche ausgeführt.
7 zeigt die zeitlichen Veränderungen der Messwerte für die Abmessungen unter Verwendung der an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a angelegten Steuerspannung als Parameter.
Hier wird vorausgesetzt, dass jeder Messwert für die Abmessungen zum Zeitpunkt t0 β ist. Dieser Zeitpunkt t0 entspricht dem Zeitpunkt t1 in 6.
Von diesem Zeitpunkt ab wird an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a eine festgelegte Spannung angelegt und dadurch werden die stabilen Messwerte erhalten. Die gekrümmte Linie L2 in 7 zeigt an, dass die Probenoberfläche 0 V wird und dass der Messwert dadurch α wird. Zusätzlich zeigen die gekrümmten Linien L1 und L3 in 7 jeweils an, dass die Probenoberfläche positiv oder negativ aufgeladen wird und dass der Messwert dadurch nicht α wird.
Die Stabilisierung des Messwerts ergibt sich aus einem Phänomen, bei dem die Aufladung infolge des Gleichgewichts zwischen dem einfallenden Strom, der in die Probe eintritt, und dem Emissionsstrom aus der Probe nicht fortschreitet. Aus diesem Grund erreicht die Probenoberfläche nicht immer 0 V, obwohl die Aufladung auf der Probenoberfläche nicht fortschreitet, und der gemessene Wert wird nicht immer α, wie bei den gekrümmten Linien L1 und L3 in 7.
Demgemäß wird durch Verändern der Steuerspannung für die Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a eine Steuerspannung gefunden, die veranlasst, dass das Potential der Probenoberfläche 0 V erreicht, um die auf die Sekundärelektronen wirkende Kraft zu ändern. Die Verwendung dieser Steuerspannung, der Beschleunigungsspannung für den Elektronenstrahl und der Distanz zwischen der Probe 7 und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a ermöglicht es, dass das Potential der Probenoberfläche 0 V erreicht, während verhindert wird, dass die Aufladung auf der Probenoberfläche fortschreitet.
Im Folgenden wird unter Verwendung eines Ablaufplans in 8 ein Verfahren zur Bestimmung der Bedingungen der Neutralisierungsdusche beschrieben werden.
Als Vorbedingungen zur Bestimmung der Bedingungen der Neutralisierungsdusche werden im Vorhinein die Beschleunigungsspannung für den Elektronenstrahl und die Distanz zwischen der Probenoberfläche und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a bestimmt. Beispielsweise wird bestimmt, dass die Beschleunigungsspannung 500 eV beträgt und dass die Distanz zwischen der Probenoberfläche und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a 3 mm beträgt.
Zuerst wird in Schritt S11 unter Verwendung einer Kalibrierungsprobe eine Referenzabmessung gemessen. Diese Kalibrierungsprobe ist aus dem gleichen Material gefertigt wie das der zu vermessenden Probe 7.
Ein Substrat der Kalibrierungsprobe ist vollständig aus einem Leiter aufgebaut und eine Abmessung davon ist bekannt. Das Potential der Probenoberfläche wird durch Erdung der Kalibrierungsprobe auf 0 V eingestellt. Dann wird deren Abmessung gemessen, bevor sich das Potential der Probenoberfläche verändert, und wird als Referenzabmessung festgelegt. Bei dieser Messung der Abmessung wird die Probe mit einem Elektronenstrahl bestrahlt und gerastert, es wird ein Bild der Probe erhalten und dann wird die Abmessung im erhaltenen Bild gemessen.
Man beachte, dass die Kalibrierungsprobe nicht auf eine solche beschränkt ist, die ein Substrat aufweist, das vollständig aus einem Leiter aufgebaut ist, sondern es kann auch eine solche sein, die einen Mechanismus aufweist, der während Befestigung auf der Bühne vorübergehend geerdet werden kann. Wenn eine Kalibrierungsprobe verwendet wird, die während Befestigung auf der Bühne vorübergehend geerdet werden kann, wird eine Abmessung, die als eine Referenz verwendet wird, in einem Zustand gemessen, in dem die Kalibrierungsprobe geerdet ist.
Im nächsten Schritt S12 wird der Erdungsanschluss der Kalibrierungsprobe entfernt. Wenn der Erdungsanschluss einmal entfernt ist, beginnt sich die Oberfläche der Kalibrierungsprobe positiv oder negativ aufzuladen.
Im nächsten Schritt S13 wird die an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a angelegte Spannung auf einen festgelegten Wert eingestellt, beispielsweise –50 V.
Im nächsten Schritt S14 wird die Probe eine bestimmte Zeit lang durch Anlegen der festgelegten Spannung an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode mit einem Elektronenstrahl bestrahlt, beispielsweise 10 Sekunden lang.
Im nächsten Schritt S15 wird ein Elektronenmikroskopbild der Probe erhalten und dann wird die Abmessung der Kalibrierungsprobe gemessen. Eine während der Messung der Abmessungen der Kalibrierungsprobe an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode angelegte Spannung unterscheidet sich vom in Schritt S13 eingestellten und in Schritt S18 bestimmten Wert und wird auf einen Spannungswert eingestellt, der für die Abmessungsmessung geeignet ist, die eine ausreichend hohe Auflösung des Elektronenstrahls aufweist eine hohe Sekundärelektronen-Einfangeffizienz erzielt.
Im nächsten Schritt S16 wird eine Beurteilung vorgenommen, ob der gemessene Wert der Kalibrierungsprobe stabil wird oder nicht. Die Abmessung der Kalibrierungsprobe wird in Schritt S15 gemessen, nachdem die Probe in Schritt S14 eine festgelegte Zeit n lang ab der Zeit t = 0 bestrahlt wurde. Im Ergebnis sind die Messzeitpunkte t = n, 2n, 3n, .... Beispielsweise wird der gemessene Wert als stabil bewertet, wenn die Differenz zwischen den gemessenen Werten beispielsweise zum Zeitpunkt 2n und zum Zeitpunkt 3n kleiner wird als ein festgelegter Wert, beispielsweise 0,1 nm.
Wenn der gemessene Wert als stabil bewertet wird, wird dieser gemessene Wert als der gemessene Wert unter der in Schritt S13 festgelegten Spannung bestimmt und dann schreitet der Ablauf zu Schritt S17 voran. Wenn der gemessene Wert als nicht stabil beurteilt wird, kehrt der Ablauf zu Schritt S14 zurück und die Messung der Abmessungen wird durch weitere Strahlung eines Elektronenstrahls auf die Probe fortgesetzt.
Beim nächsten Schritt S17 werden der gemessene Wert und der in Schritt S11 erhaltene Referenzwert miteinander verglichen. Die Differenz (genant D) zwischen dem gemessenen Wert und dem Referenzwert wird ausgerechnet es wird beurteilt, ob D kleiner ist als ein festgelegter Wert, beispielsweise 0,2 nm. Wenn bewertet wird, dass D kleiner ist als der festgelegte Wert, schreitet der Ablauf zu Schritt S18 voran. Demgegenüber kehrt der Ablauf zu Schritt S13 zurück, wenn bewertet wird, dass D größer ist als der festgelegte Wert. Dann wird an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode eine Spannung, die sich von der des bisherigen Ablaufs unterscheidet, angelegt und dadurch wird der Ablauf fortgesetzt.
Im nächsten Schritt S18 wird die in Schritt S13 festgelegte Spannung, die an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode angelegt wird, als Referenzspannung bestimmt und dann wird der Ablauf beendet.
Man beachte, dass die Neutralisierungsdusche, obwohl eine Neutralisierungsdusche im Grunde eine zu vermessende Fläche einschließt, kann die Neutralisierungsdusche auch nur an einem bestimmten Abschnitt ausgeführt werden, der durch Verwendung von CAD, eines Elektronenreflexionsbildes und dergleichen als eine Position erfasst wird, an der ein Leiter af der Probe freiliegt.
Zusätzlich ist das Material einer Kalibrierungsprobe vorzugsweise das gleiche Material wie das einer zu vermessenden Probe, aber es kann sogar ein unterschiedliches Material verwendet werden, solange das Material unter den gleichen Neutralisierungsduschbedingungen den gleichen Abmessungszusammenhang aufweist. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat festgestellt, dass Si und Cr unter den gleichen Neutralisierungsduschbedingungen den gleichen Abmessungszusammenhang aufweist.
(Größenmessverfahren mit Elektronenstrahlen)
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 9 Beschreibungen eines Verfahrens zum Messen einer Abmessung einer Probe 7 unter Verwendung des Elektronenstrahl-Größenmessgeräts 100 der vorliegenden Erfindung vorgelegt, wobei das Potential der Oberfläche der Probe 7 konstant gehalten wird.
Zuerst werden in Schritt S21 die Neutralisierungsduschbedingungen bestimmt. Diese Bedingungen werden mit dem unter Verwendung von 8 beschriebenen Verfahren bestimmt.
Im nächsten Schritt S22 werden die Beschleunigungsspannung für einen Elektronenstrahl und die an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode angelegte Spannung auf die Werte der in Schritt S21 bestimmten Neutralisierungsduschbedingungen festgelegt.
Im nächsten Schritt S23 wird die Probe 7 in der Probenkammer 16 auf der XYZ-Bühne 5 befestigt.
Im nächsten Schritt S24 wird die XYZ-Bühne 5 zur Distanzmesskammer 51 beweg und dann wird die Höhe der auf der XYZ-Bühne 5 befestigten Probe 7 gemessen. Die Höhe wird durch Bewegen der XYZ-Bühne 5 nach oben oder nach unten (in einer Z-Richtung) so eingestellt, dass die Distanz zwischen der Probe 7 und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode 8a gleich dem vorbestimmten festgelegten Abstand sein würde. Danach wird die XYZ-Bühne 5 aus der Distanzmesskammer 51 zur Probenkammer 16 bewegt.
Im nächsten Schritt S25 wird eine Neutralisierungsdusche ausgeführt. Die Dauer, die die Neutralisierungsdusche ausgeführt wird, ist eine Zeitdauer, die benötigt wird, bis der gemessene Wert stabil geworden ist, wenn die Neutralisierungsduschbedingungen bestimmt worden sind. Darüber hinaus kann, was die mit der Neutralisierungsdusche bestrahlte Fläche betrifft, ein Elektronenstrahl auf die gesamte Oberfläche der Probe gestrahlt werden oder kann auf einen Teil gestrahlt werden, an dem der Leiter auf der Probe freiliegt. Der Teil, an dem der Leiter auf der Probe freiliegt, wird beispielsweise unter Verwendung von CAD-Daten erfasst.
Im nächsten Schritt S26 werden die Abmessungen der Probe gemessen, bei der die Oberfläche nach Ausführen der Neutralisierungsdusche nicht aufgeladen ist. Während der Messung der Abmessungen der Probe unterscheidet sich die an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode angelegte Spannung von der in Schritt S21 bestimmten Spannung und wird auf eine Spannung festgelegt, die für die Abmessungsmessung geeignet ist, die eine ausreichend hohe Auflösung des Elektronenstrahls aufweist und eine hohe Sekundärelektroneneinfangeffizienz erreicht.
Alle Abmessungsmesspunkte in der Probe werden durch Wiederholen der Schritte S24 bis S26 gemessen.
Übrigens können, wenn die Höhe der gesamten Oberfläche der Probe nur zu einem geringen Ausmaß geändert wird, zur Messung auch nur die Schritte S25 und S26 wiederholt werden.
Im nächsten Schritt S27 wird die Probe 7 nach der Messung der Abmessungen aus der Probenkammer 16 herausgenommen.
Im nächsten Schritt S28 wird beurteilt, ob die Abmessungsmessung aller Proben beendet ist oder nicht. Wenn sie nicht beendet ist, kehrt der Ablauf zu Schritt S23 zurück und die Messung der Abmessungen wird fortgesetzt.
Wie oben beschrieben wird beim Messverfahren unter Verwendung des Elektronenstrahl-Größenmessgeräts des vorliegenden Ausführungsbeispiels das Potential an einer Probe vor der Messung der Abmessungen der Probe konstant gehalten. Um das Potential konstant zu halten, werden die an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode angelegte Spannung und die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls zu einem Zeitpunkt ermittelt, an dem die Distanz zwischen der Oberfläche der Probe und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode konstant gehalten wird. Durch Ausführen einer Neutralisierungsdusche auf die Probe unter diesen Neutralisierungsduschbedingungen wird das Potential auf der Oberfläche der Probe konstant bei 0 V. Demgemäß wird ein durch einen Elektronenstrahl bestrahlter Bereich nicht aufgeladen, anders als bei einem Fall, bei dem der Elektronenstrahl durch einen unterschiedlichen Potentialpegel an der Probe beeinflusst wird. Im Ergebnis kann eine stabile Messung ausgeführt werden.
Man beachte, dass das Messverfahren des vorliegenden Ausführungsbeispiels, obwohl der Ablauf der Einstellung des Potentials einer Probenoberfläche, so dass es konstant ist, beim vorliegenden Ausführungsbeispiel jedes Mal ausgeführt wird, wenn die Probe vermessen wird, nicht darauf beschränkt ist und dieser Prozess auch nur dann ausgeführt werden kann, wenn das Potential der Probenoberfläche so eingestellt werden muss, dass es konstant ist. Beispielsweise kann eine Neutralisierungsdusche jedes fünfte Mal der Abmessungsmessung durchgeführt werden.
Zusätzlich kann ein Strahlungsbetrag durch Einstellen eines Elektronenstrahls, der gestrahlt wird, um das Potential so einzustellen, dass es konstant ist, gesteigert werden, so dass sich ein hoher Strom ergibt. Obwohl die Zeitdauer, die benötigt wird, bis der gemessene Wert stabil wird, durch Strahlen eines Elektronenstrahls mit festgelegter Beschleunigungsspannung ermittelt wird, wenn die Neutralisierungsduschbedingungen ermittelt werden, kann die Zeit, die benötigt wird, bis das Potential konstant wird, durch Steigern der Strahlungsmenge des Strahls verkürzt werden, wobei die Beschleunigungsspannung auf einen Wert festgelegt wird, der äquivalent zu Ein in 3 ist.
(Beispiel)
Im Folgenden werden Beschreibungen für ein Messergebnis einer Abmessung an der Probe 7 unter Verwendung des Elektronenstrahl-Größenmessgeräts 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels vorgelegt.
10A zeigt ein Abmessungsmessergebnis zu einem Zeitpunkt, an dem die Distanz zwischen der Probe und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode konstant gehalten war. 10B zeigt ein Abmessungsmessergebnis zu einem Zeitpunkt, an dem die Distanz zwischen der Probe und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode nicht konstant gehalten war.
Bei diesem Beispiel, das auf einem Fall abzielt, bei dem das Material der Probe Chrom ist, wurden die Neutralisierungsduschbedingungen (die Distanz zwischen der Oberfläche einer Probe und der Sekundarelektronen-Steuerelektrode, der Beschleunigungsspannung für einen Elektronenstrahl und eine an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode angelegte Spannung) gemessen und es wurden jeweils die Werte 3 mm, 500 V und –50 V gefunden.
Die Zeitpunkte t1 und t2 in 10A geben jeweils einen Zeitpunkt an, zu dem eine Probe, deren Abmessung zu vermessen ist, zu einer anderen geändert wird. Wie es aus 10A klar ist, wurde der Abmessungsmesswert (α') nicht verändert, wenn die Proben auf ihre Abmessung gemessen wurden, während Neutralisierungsduschen unter Neutralisierungsduschbedingungen ausgeführt wurden und während die Distanz zwischen den Oberflächen der Proben und der Sekundärelektronen- Steuerelektrode eingestellt wird, auch wenn sich die Höhen der Proben voneinander unterschieden. Auf diese Weise kann eine Abmessungsmessung unter Verwendung des Elektronenstrahl-Größenmessgeräts des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden.
Demgegenüber zeigt 10B zum Zweck des Vergleichs des das Elektronenstrahl-Größenmessgerät des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendenden Falls ein Ergebnis der Abmessungsmessung auf die folgende Art und Weise. Um genau zu sein, die Beschleunigungsspannung für den Elektronenstrahl und die an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode angelegte Spannung wurden auf die gleichen Werte festgelegt, wie jene im Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels. Allerdings wurden die Proben auf ihre Abmessung vermessen, während die Neutralisierungsduschen ausgeführt wurden, ohne dass die Distanz zwischen den Oberflächen der Proben und der Sekundarelektronen-Steuerelektrode so eingestellt wurde, dass sie konstant war.
Wie aus 10B ersichtlich ist, wird das Messergebnis infolge eines Unterschieds der Höhe zwischen den Proben zu den Zeitpunkten (Zeitpunkte t1 und t2) geändert, zu denen die Proben geändert werden. Dieses Ergebnis zeigt, dass eine Änderung der Distanz zwischen den Oberflächen der Proben und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode einen Fehler bei der Abmessungsmessung verursacht.
Man beachte, dass bei diesem Beispiel im Experiment beobachtet wurde, dass bei der Messung einer Abmessung von 2 μm in einem Fall, bei dem sich die Höhe einer Probe um 300 μm ändert, ein Fehler von ungefähr 1 nm gemessen wurde.

Claims

Elektronenstrahl-Größenmessgerät, umfassend: ein Elektronenstrahlstrahlungsmittel, das einen Elektronenstrahl auf eine Oberfläche einer Probe strahlt; ein Erfassungsmittel, das von der Probe emittierte Elektronen erfasst; ein Distanzmessmittel, das die Distanz zwischen der Probe und einer Sekundärelektronen-Steuerelektrode des Erfassungsmittels misst; eine Bühne, auf der die Probe befestigt ist; und ein Steuermittel, das die Höhe der Bühne so einstellt, dass die vom Distanzmessmittel gemessene Distanz gleich einer festgelegten festen Distanz sein würde, das an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode des Erfassungsmittels eine Steuerspannung anlegt, wobei die Steuerspannung so festgelegt wird, dass ermöglicht wird, dass das Potential der Probenoberfläche einen konstanten Pegel einnimmt, wenn die Probe in einer festen Distanz positioniert ist, und welches veranlasst, dass der Elektronenstrahl durch Anlegen einer festgelegten Beschleunigungsspannung gestrahlt wird.
Elektronenstrahl-Größenmessgerät nach Anspruch 1, wobei die Steuerspannung eine Spannung zu einem Zeitpunkt ist, an dem ein zuerst gemessener Wert und ein zweiter gemessener Wert einander gleich sind, wobei der erste gemessene Wert durch Messen einer Abmessung einer Kalibrierungsprobe erhalten wird, wobei deren Oberfläche nicht aufgeladen ist, wobei die Kalibrierungsprobe aus dem gleichen Material gefertigt ist wie das der Probe, und wobei der zweite gemessene Wert ein Wert zu einem Zeitpunkt ist, an dem der gemessene Wert der Kalibrierungsprobe nicht mehr variiert, während die Kalibrierungsprobe abwechselnd mit dem Elektronenstrahl bestrahlt und die Abmessung gemessen wird, von einem Zustand aus, in dem die Oberfläche der Kalibrierungsprobe am Beginn aufgeladen ist.
Elektronenstrahl-Größenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Bühne ein Haltemittel, das die Probe nicht elektrisch damit verbindet, und ein Bewegungsmittel einschließt, das die Probe auf und ab bewegt.
Elektronenstrahl-Größenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Steuermittel das Elektronenstrahlstrahlungsmittel veranlasst, die gesamte Oberfläche der Probe mit dem Elektronenstrahl zu bestrahlen.
Elektronenstrahl-Größenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Steuermittel das Elektronenstrahlstrahlungsmittel veranlasst, mit dem Elektronenstrahl einen Bereich zu bestrahlen, an dem ein Leiter der Probe freiliegt.
Elektronenstrahl-Größenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Steuermittel das Elektronenstrahlstrahlungsmittel veranlasst, eine Elektronenstrahlungsmenge des Elektronenstrahls so einzustellen, dass sie größer ist als eine Strahlungsmenge an Elektronen zu einem Zeitpunkt der Messung einer Abmessung.
Elektronenstrahl-Größenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Steuermittel eine Abmessung der Probe nach Einstellen des Potentials der Oberfläche der Probe auf einen festen Pegel misst.
Verfahren zur Größenmessung mit Elektronenstrahlen, umfassend die folgenden Schritte: Ermitteln einer an eine Sekundärelektronen-Steuerelektrode anzulegenden Steuerspannung, um das Aufladungspotential der Probe so einzustellen, dass es konstant wird, wenn die Distanz zwischen einer Probe und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode konstant gehalten wird und wenn zudem eine Beschleunigungsspannung für einen auf die Probe zu strahlenden Elektronenstrahl auf einen festgelegten Wert eingestellt ist; Einstellen der Distanz zwischen der Probe und der Sekundärelektronen-Steuerelektrode so dass sie der festgelegten Distanz entspricht; Bestrahlen der Probe mit einem Elektronenstrahl bei der Beschleunigungsspannung durch Anlegen der Steuerspannung an die Sekundärelektronen-Steuerelektrode; und Messen einer Abmessung der Probe nach Strahlen des Elektronenstrahls.
Verfahren zur Größenmessung mit Elektronenstrahlen nach Anspruch 8, wobei die Steuerspannung eine Spannung zu einem Zeitpunkt ist, an dem ein zuerst gemessener Wert und ein zweiter gemessener Wert einander gleich sind, wobei der erste gemessene Wert durch Messen einer Abmessung einer Kalibrierungsprobe erhalten wird, wobei deren Oberfläche nicht aufgeladen ist, wobei die Kalibrierungsprobe aus dem gleichen Material gefertigt ist wie das der Probe, und wobei der zweite gemessene Wert ein Wert zu einem Zeitpunkt ist, an dem der gemessene Wert der Kalibrierungsprobe nicht mehr variiert, während die Kalibrierungsprobe abwechselnd mit dem Elektronenstrahl bestrahlt und die Abmessung gemessen wird, von einem Zustand aus, in dem die Oberfläche der Kalibrierungsprobe am Begin aufgeladen ist.
Verfahren zur Größenmessung mit Elektronenstrahlen nach einem der Ansprüche 8 und 9, wobei der Elektronenstrahl auf die gesamte Oberfläche der Probe gestrahlt wird.
Verfahren zur Größenmessung mit Elektronenstrahlen nach einem der Ansprüche 8 und 9, wobei der Elektronenstrahl auf einen Bereich gestrahlt wird, an dem ein Leiter auf der Probe freiliegt.
Verfahren zur Größenmessung mit Elektronenstrahlen nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei eine Elektronenstrahlungsmenge des Elektronenstrahls größer ist als eine Strahlungsmenge an Elektronen zu einem Zeitpunkt der Messung einer Abmessung.