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Die
Erfindung betrifft ein Elektronenmikroskopiesystem zum elektronenmikroskopischen
Gewinnen von Strukturinformation über ein Objekt sowie ein Verfahren
zum Gewinnen solcher Information.
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Aus
der Druckschrift
US
6,310,341 B1 ist ein Elektronenmikroskop bekannt, dessen
Primärelektronenoptik
dazu ausgebildet ist, die gesamte Beobachtungsfläche auszuleuchten. Diese Fläche wird auf
einen Detektor abgebildet.
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Die
Druckschrift
DE 196
47 975 A1 offenbart ein Elektronenmikroskopiesystem vom
LEEM- oder LEED-Typ, dessen Primärelektronenoptik
gleichfalls dazu ausgebildet ist, das ganze Objektfeld auszuleuchten.
Ein Detektor zur Abbildung dessen ist vorgesehen.
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Die
Druckschriften
US 6,184,526
B1 und
JP 2000-286310
A offenbaren ebenfalls Systeme mit Primärelektronenoptiken, die nicht
fokussieren, sondern einen flächigen
Bereich ausleuchten, der auf einen Detektor abgebildet wird.
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Die
Druckschrift
JP 11-162384
A offenbart ein Elektronenmikroskop, bei welchem der Primärelektronenstrahl
durch ein Loch in einer Mikrokanalplatte geführt, und die rückgestreuten
Elektronen von der Mikrokanalplatte registriert werden.
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Die
Druckschrift
DE 39
04 032 A1 offenbart ein Elektronenmikroskop, wobei der
Primärelektronenstrahl
ein elektrostatisches und ein magnetisches Ablenkfeld durchläuft, die
so aufeinander abgestimmt sind, dass sich ihre Energiedispersion
kompensiert. Die Sekundärelektronen
werden durch das magnetische Ablenkfeld auf einen flächigen Detektor
geführt.
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Elektronenmikroskope
vom SEM-Typ ("Scanning
Electron Microscope")
sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Bei
einem Elektronenmikroskop vom SEM-Typ wird ein feinfokussierter
sondenformender Primärelektronenstrahl über die
Objektoberfläche
bewegt, oder "gescannt", und eine integrale
Sekundärelektronenintensität wird in
Abhängigkeit
von dem Ort des feinfokussierten Primärelektronenstrahls auf der
Objektebene detektiert, um ein elektronenmikroskopisches Abbild
des Objekts zu gewinnen. Bei einem solchen Elektronenmikroskop ist
die erzielbare Ortsauflösung
der Abbildung im Wesentlichen limitiert durch einen Durchmesser
des Fokus des Primärelektronenstrahls
in der Ebene der Objektoberfläche. Die
Sekundärelektronen
werden integral, d. h. ortsunabhängig,
detektiert. Die detektierte Sekundärelektronenintensität wird einem
Ort des Objekts zugeordnet, um eine zweidimensional ortsauflösende elektronenmikroskopische
Abbildung des Objekts zu erhalten. Der Ort, dem eine detektierte
Sekundärelektronenintensität in der
Abbildung zugeordnet wird, entspricht dem Ort auf der Objektoberfläche, auf
den der Primärelektronenstrahl
fokussiert ist. Die Kenntnis dieses Ortes bzw. von Änderungen
dieses Ortes ist wesentlich für
die Ortsauflösung
der erhaltenen Abbildung. Für Änderungen
dieses Ortes ist in einem Elektronenmikroskop von SEM-Typ üblicherweise ein
Ablenksystem im Strahlengang der Primärelektronen vorgesehen, um
den Primärelektronenstrahl aus
einer optischen Achse einer Objektivlinse des Mikroskops auszulenken.
Es ist auch möglich,
die Probe relativ zu einem Objektiv des Elektronenmikroskops auf
bekannte bzw. vorbestimmte Weise zu verlagern.
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Da
die Sekundärelektronenintensität integral erfaßt wird
und die Ortsinformation in der elektronenmikroskopischen Abbildung über die
Kenntnis der Position des Fokus des Primärelektronenstrahls in der Objektebene
erhalten wird, weist ein herkömmliches
Elektronenmikroskop vom SEM-Typ einen orstauflösenden Detektor normalerweise
nicht auf.
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Die
Erfindung geht aus von einem Elektronenmikroskop vom SEM-Typ, d.
h. einen Elektronenmikroskopiesystem mit einer Elektronenquelle
zur Erzeugung eines Primärelektronenstrahls,
einer Primärelektronenoptik
mit einer Objektivlinse zum Fokussieren des Primärelektronenstrahls in im Wesentlichen
einem Fokuspunkt in der Objektebene, einem Elektronendetektor zum
Erfassen einer Elektronenintensität, und einer Sekundärelektronenoptik,
welche die Objektivlinse umfaßt
und zum Übertragen
von aus einem Bereich um den Fokuspunkt ausgehenden Sekundärelektronen
als Sekundärelektronenstrahl
auf den Detektor dient.
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Die
Erfinder haben nun herausgefunden, daß sich mit einem solchen Elektronenmikroskopiesystem
ergänzende
Strukturinformation über
das untersuchte Objekt dann gewinnen läßt, wenn als Elektronendetektor
ein zweidimensional ortsauflösender Detektor
eingesetzt wird.
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Dies
basiert auf der Überlegung,
daß Sekundärelektronen,
welche durch die fokussierten Primärelektronen, die im Be reich
der Objektebene auf einen Bereich fokussiert sind, der im Idealfall
punktförmig ist,
hervorgerufen werden, eine räumliche
und winkelmäßige Verteilung
aufweisen, deren Detektion weitere Strukturinformation zu dem Objekt
erfassbar macht.
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Im
Hinblick darauf, die, Sekundärelektronen dem
Elektronendetektor mit einer verbesserten Abbildungsqualität zuzuführen, umfasst
das Elektronenmikroskopiesystem vorzugsweise eine Strahlweiche, um
den Primärelektronenstrahl
und den Sekundärelektronenstrahl
voneinander zu separieren. Es kann dann auf den Sekundärelektronenstrahl
mittels elektronenoptischer Komponenten eingewirkt werden, um die
Abbildungsqualität
zu verbessern.
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Hierzu
ist es ferner vorteilhaft, einen Energiefilter im Strahlengang des
Sekundärelektronenstrahl vorzusehen,
um lediglich Sekundärelektronen
aus einem vorbestimmten Bereich von kinetischen Energien dem Detektor
zuzuführen.
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Die
Sekundärelektronenoptik
kann vorzugsweise derart ausgebildet sein, daß die Objektebene mittels des
Sekundärelektronenstrahls
Wesentlichen scharf auf den Elektronendetektor abgebildet ist. Dann
ist es möglich,
eine Ortsverteilung zu untersuchen, mit der die Sekundärelektronen
in einer Umgebung um den Fokus des Primärelektronenstrahls aus einem
Material des untersuchten Objekts austreten. Eine solche Ortsverteilung
kann ergänzende
Informationen zu den ortsabhängigen
Strukturen des untersuchten Objekts liefern.
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Alternativ
hierzu ist es bevorzugt, eine im Strahlengang der Sekundärelektronen
zu der Objektebene konjugierte Beugungsebene mittels des Sekundärelektronenstrahls
im Wesentlichen scharf auf den Elektronendetektor abzubilden. Die
auf dem Elektronendetektor ortsabhängig registrierte Sekundärelektronenintensität repräsentiert
dann nämlich eine
Winkelverteilung der Sekundärelektronen
in der Objektebene. Auch diese Winkelverteilung der Sekundärelektronen
liefert wertvolle Zusatzinformation zur Struktur des untersuchten
Objekts.
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Im
Rahmen der vorliegenden Anmeldung umfasst der Begriff "Sekundärelektronen" unter anderem Spiegelelektronen,
welche an dem Objekt reflektierte Primärelektronen sind, die die Oberfläche des
Objekts nicht ganz erreichen. Ferner umfasst der Begriff auch Rückstreuelektronen,
welche von der Oberfläche
des Objekts emittierte Elektronen, sind und, nach einer gängigen Definition,
eine Energie von mehr als 50 eV aufweisen. Ferner soll der Begriff hier
auch die Sekundärelektronen
im engeren Sinne umfassen, d. h. solche von dem Objekt emittierte Elektronen
die von den Primärelektronen
hervorgerufen sind und eine kinetische Energie von weniger als 50
eV aufweisen.
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Die
Sekundärelektronenoptik
ist vorzugsweise umschaltbar, und zwar zwischen einem Betriebsmodus,
in dem die Objektebene im Wesentlichen scharf auf den Elektronendetektor
abgebildet wird, und einem weiteren Betriebsmodus, in dem die Beugungsebene
im Wesentlichen scharf auf den Elektronedetektor abgebildet wird.
Damit ist das System umschaltbar zwischen einem Betriebsmodus zum
ortsaufgelösten
Beobachtung der Umgebung um den Primärelektronenfokus und dem weiteren
Betriebsmodus zur Beobachtung der Winkelverteilung der Sekundärelektronen.
Hierzu umfasst die Sekundärelektronenoptik
vorzugsweise, abgesehen von der Objektivlinse selbst, wenigstens
eine weitere Abbildungslinse.
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Obwohl
der Primärelektronenfokus
auf dem beobachteten Objekt auch dadurch verlagerbar sein kann,
daß das
Objekt relativ zu der Objektivlinse verlagert wird, so ist doch vorgesehen,
daß die
Primärelektronenoptik
eine Auslenkeinrichtung umfasst, um den Primärelektronenstrahl relativ zu
der Objektivlinse auszulenken.
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Das
Elektronenmikroskopiesystem umfasst eine Steuerung, um die durch
den Elektronendetekor registrierten Sekundärelektronenintensitäten Orten des
Objekts zuzuordnen.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Hierbei
zeigt
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1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektronenmikroskopiesystems
in schematischer Darstellung und in zwei verschiedenen Einstellungen,
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2 schematisierte Strahlengänge durch das
in 1 gezeigte Elektronenmikroskopiesystem in
den beiden Einstellungen,
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3 eine
Skizze zur Erläuterung
einer Winkelverteilung von Sekundärelektronen an einem Objekt,
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4 eine
schematische Darstellung von ortsabhängigen detektierten Sekundärelektonenintensitäten bei
dem in 3 skizzierten Objekt,
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5 eine
der 4 ähnliche
Darstellung für
ein weiteres Objekt,
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6 eine
Veranschaulichung von Ortsabhängigkeiten
von erzeugten Sekundärelektronen, und
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7 eine
weitere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Elektronenmikroskopiesystems.
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Ein
in 1 schematisch dargestelltes Elektronemikroskop 1 dient
zur Erzeugung einer elektronenmikroskopischen Abbildung eines zu
untersuchenden Objekts, wie etwa eines Halbleiterwafers 3. Eine
Oberfläche 5 des
Objekts 3 ist in einer Objektebene 7 des Elektronenmikroskops 1 in
einer Probenkammer 9 angeordnet. Auf die Oberfläche 5 des Halbleiterwafers 3 richtet
das Elektronenmikroskop 1 einen Primärelektronenstrahl 11,
und von einem Bereich um die Objektebene 7 ausgehende Sekundärelektronen
werden als Sekundärelektronenstrahl 13 auf
einen ortsauflösenden
Detektor 15 des Elektronenmikroskops 1 geleitet.
Die dort registrierten Sekundärelektronenintensitäten und
insbesondere deren Ortsabhängigkeit
liefern die von dem Elektronenmikroskopiesystem 1 erfaßte Strukturinformation
zu dem Objekt 3.
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Das
Elektronenmikroskop 1 umfasst hierzu eine Primärelektronenoptik 17 zur
Führung
des Primärelektronenstrahls 11 und
eine Sekundärelektronenoptik 19 zur
Führung
des Sekundärelektronenstrahls 13.
Die Primärelektronenoptik 17 und
die Sekundärelektronenoptik 19 umfassen
eine Strahlenweiche 21, um die Primär- und Sekundärelektronenstrahlen 11, 13 voneinander
zu separieren. Zwischen der Strahlweiche 21 und der Objektebene 7 verlaufen die
Primär-
und Sekundärelektronenstrahlen 11, 13 überlagert;
zwischen der Strahlweiche 21 und dem Elektronendetektor 15 verläuft der
Sekundärelektronenstrahl 13 separat
von dem Primärelektronenstrahl 11.
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Die
Primärelektronenoptik 17 umfasst
der Reihe nach eine Elektronenquelle 21 zur Erzeugung des
Primärelektronenstrahls 11,
eine Kollimationslinse 23, um den Primär elektronenstrahl 11 geeignet
zu kollimieren, die Strahlweiche 13, eine strahlformende Linse 25,
einen Strahlab lenker 27 und eine Objektivanordnung 29 mit
einer magnetischen Fokusserlinse 31 und einer auf den Primärelektronenstrahl 11 ebenfalls
fokussierend wirkenden Extraktionselektrode 33.
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Durch
die Objektivanordnung 29 wird der Primärelektronenstrahl 11 in
einen Fokuspunkt 35 in der Objektebene 7 fokussiert.
Dabei ist der Fokuspunkt 35 selbstverständlich kein im mathematischen
Sinne idealer Punkt sondern ein ausgedehnter Fleck eines Durchmessers
bis zu einigen nm.
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Der
Strahlablenker 27 wird von einer Steuerung 37 angesteuert,
um den Primärelektronenstrahl 11 aus
einer optischen Achse 39 der Objektivanordnung 29 auszulenken
und damit den Fokuspunkt 35 in der Objektebene 7 zu
verlagern.
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Die
Sekundärelektronenoptik 19 umfasst
zur Führung
der Sekundärelektronen
als Sekundärelektronenstrahl 13 von
der Objektebene 7 zu dem Detektor 15 die Extraktionselektrode 33,
um zwischen dem Objekt 3 und der Elektrode 33 ein
durch eine Spannungsquelle 41 einstellbares elektrisches
Extraktionsfeld bereitzustellen, welches die Sekundärelektronen
beschleunigt. Ferner umfaßt
die Sekundärelektronenoptik 19 die
magnetische Fokusierlinse 31, die Zwischenlinse 25,
den Strahlteiler 21 zur Separierung des Strahlengangs des
Sekundärelektronenstrahls 13 von
dem des Primärelektronenstrahls 11, eine
Projektionslinse 43 sowie den ortsauflösenden Elektronendetektor 15.
Die Projektionslinse 43 ist durch die Steuerung 37 ansteuerbar,
um das Elektronenmikroskop 1 zwischen zwei Betriebsmoden
umzuschalten:
In einem in 1a dargestellten
ersten Betriebsmodus ist auf eine strahlungsempfindliche Fläche des Elektronendetektors 15 eine
in der Objektivanordnung 29 liegen Beugungsebene des Sekundärelektronenstrahlengangs
im Wesent lichen scharf abgebildet, um eine Winkelverteilung von
Sekundärelektronen
aufzulösen,
wie dies nachfolgend noch weiter erläutert wird. In dem in 1b dargestellten
zweiten Betriebsmodus ist auf den ortsauflösenden Detektor 15 die
Objektebene 7 im Wesentlichen scharf abgebildet, um eine
Ortsabhängigkeit
der Sekundärelektronenintensität zu beobachten,
wie dies nachfolgend ebenfalls noch weiter erläutert wird.
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Hierzu
sind in 2 die den beiden Betriebsmoden
in 1a und 1b entsprechenden
Strahlengänge
nochmals schematisch in abgewickelter Form dargestellt. 2a zeigt
den der 1a entsprechenden Betriebsmodus,
in dem die Objektebene 7 im Wesentlichen scharf auf die
strahlungsempfindliche Fläche 42 des
Detektors 15 abgebildet ist, während 2b den
der 1b entsprechenden Betriebsmodus zeigt, in dem
eine Beugungsebene 45 im Wesentlichen scharf auf die strahlungsempfindliche
Fläche 42 abgebildet
ist.
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In
den 2a und 2b sind
jeweils außer dem
Sekundärelektronenstrahl 13 mit
durchgezogenen Linien Winkelstrahlen und mit gestrichelten Linien
Feldstrahlen dargestellt. Winkelstrahlen 47 starten auf
der optischen Achse 39 in der Objektebene 7 unter
einem Winkel zu der optischen Achse 39, und Feldstrahlen 49 starten
in der Objektebene 7 neben der optischen Achse 39 und
parallel zu dieser. Aus dem Strahlengang der 2a ist
ersichtlich, daß die Objektivlinse 29 den
von der Objektebene 7 ausgehenden Sekundärelektronenstrahl 13 derart
kollimiert, daß die
unter verschiedenen Winkeln von der Objektebene 7 ausgehenden
Winkelstrahlen 47 nach Durchlaufen der Objektivlinse 29 im
Wesentlichen parallel zu der optischen Achse 39 verlaufen.
Der Feldstrahl 49 schneidet die optische Achse 39 in
der Beugungsebene 45, welche somit auch eine Cross-over-Ebene
ist.
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Die
Transferlinse 25 fokussiert den Sekundärelektronenstrahl 13 dann
weiter, so daß in
einer Ebene 51 hinter der Transferlinse 25 ein
Zwischenbild 51 der Objektebene 7 entsteht. Dort
schneiden die Winkelstrahlen 47 wieder die optische Achse 39, und
der Feldstrahl 49 verläuft
neben der optischen Achse 39.
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Soweit
wie vorangehend beschrieben, sind die Strahlengänge der 2a und 2b,
d. h. die Strahlengänge
in den beiden Betriebsmoden, gleich.
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In
dem in 2b dargestellten zweiten Betriebsmodus
ist die Projektivlinse 43 derart erregt, daß sie den
Sekundärelektronenstrahl 13 hinter
der Zwischenbildebene 51 derart fokussiert, daß sich in der.
Bildebene 42 die Winkelstrahlen 47 wieder in der optischen
Achse schneiden, so daß in
der Bildebene 42 ein Bild der Zwischenbildebene 51 bzw.
der Objektebene 7 entsteht. Der Feldstrahl 49 schneidet
die Bildebene 42 mit einem Abstand von der optischen Achse 39,
der größer ist,
als der Abstand des Feldstrahls 49 von der optischen Achse 39 in
der Objektebene 7, woraus ersichtlich ist, daß die Abbildung der
Objektebene 7 auf die Bildebene 42 vergrößernd, ist.
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In
dem in 2a dargestellten ersten Betriebsmodus
ist die Projektionslinse 43 im Vergleich zu dem ersten
Betriebsmodus schwächer
erregt, so daß die
nach der Zwischenbildebene 51 auseinander laufenden Winkelstrahlen 47 nach
Durchsetzen der Transferlinse 43 im Wesentlichen parallel
zur optischen Achse 39 verlaufen, während der Feldstrahl 49 die
optische Achse 39 in der Bildebene 42 schneidet. Dies
bedeutet, daß zwei
die Objektebene 7 mit unterschiedlichen Winkeln zur optischen
Achse 39 verlassende Winkelstrahlen 47 die Bildebene 42 bzw.
den ortsauflösenden
Detektor an unterschiedlichen Orten treffen. Damit entsteht auf
dem Detektor 15 eine Abbildung der Winkelverteilung der
aus der Objektebene 7 austretenden Sekundärelektronen.
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Daß in diesem
Betriebsmodus die Beugungsebene 45 im Wesentlichen scharf
auf die Bildebene 42 abgebildet ist, ist daran ersichtlich,
daß der Strahl
(Feldstrahl 49), der die Beugungsebene 45 ausgehend
von der optischen Achse 39 und unter einem Winkel zu dieser
verläßt, in der
Bildebene 42 die optische Achse 39 wieder schneidet.
Zudem treffen die Strahlen (Winkelstrahl 47), die die Beugungsebene 45 mit
Abstand von der optischen Achse 39 und parallel zu dieser
verlassen, auch mit Abstand zur optischen Achse 39 in der
Bildebene 42 auf.
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Wenn
bei dem Elektronenmikroskop 1 die von dem Detektor 15 detektierte
Sekundärelektronenintensität nicht
ortsaufgelöst
ausgewertet wird, sondern lediglich die von dem Detektor 15 insgesamt,
d. h. integral, detektierte Elektronenintensität für die Auswertung verwendet
wird, so entspricht eine solche Betriebsweise der eines herkömmlichen
Rasterelektronenmikroskops bzw. SEM.
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Die
Steuerung 37 wird dann die integral registrierte Elektronenintensität in einer
Abbildung einem Ort zuordnen, der dem Ort des Fokuspunkts 35 in
der Objektebene 7 entspricht.
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Die
durch den Einsatz des ortsauflösenden Detektors 15 gewonnene
zusätzliche
Information ist hilfreich in der Interpretation der Struktur des
untersuchten Objekts 3. In den beiden Betriebsmoden gemäß 1a und 1b kann
wahlweise die Winkelverteilung bzw. die Ortsverteilung der aus der
Objektebene 7 austretenden Sekundärelektronen untersucht werden.
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Der
Sekundärstrahlengang 19 umfasst
ergänzend
noch einen Strahlablenker 44, welcher in der Ausführungsform
zwischen der Strahlweiche 21 und der Projektionslinse 43 angeordnet
ist. Der Strahlablenker 44 wird durch die Steuerung 37 angesteuert,
um Einflüsse,
die durch das Scannen des Primärelektronenstrahls
mittels des Ablenkers 27 auch auf den Sekundärelektronenstrahl 13 ausgeübt werden,
derart zu kompensieren, daß auf
dem Detektor 15 ein von der Auslenkung des Primärstrahls
unabhängiges
ruhiges Bild der Objektebene entsteht.
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Hierbei
ist es auch möglich,
anstatt des in den 1a und 1b gezeigten
einen Ablenkers 44 einen Doppelablenker vorzusehen, also
zwei mit Abstand in Strahlrichtung voneinander angeordnete Ablenker,
um das Bild auf dem ortsauflösenden
Detektor unabhängig
von der Auslenkung des Primärelektronenstrahls
nur an einer gleichen Stelle entstehen zu lassen.
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3 zeigt
einen Teil des Objekts 3, welches eine strukturierte Oberfläche mit
Flanken 51 und einem Plateau 53 aufweist.
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Es
sind in 3 drei Situationen dargestellt, in
denen der Primärelektronenstrahl 11 einmal
so auf das Objekt 3 gerichtet ist, daß der Fokus 35 auf
den Plateau 53 gebildet ist, und dann zwei weitere Situationen
in denen der Fokus 35 einmal auf der linken Flanke 51 und
einmal auf der rechten Flanke 51 gebildet ist. Pfeile 55 repräsentieren
in 3 durch den Primärelektronenstrahl 11 induzierte
Sekundärelektronen.
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Trifft
der Primärelektronenstrahl 11 auf
eine horizontal ausgerichtete Oberfläche, wie das Plateau 53,
so ist eine Winkelverteilung der aus dem Objekt 3 austretenden
Sekundärelektronen 55 symmetrisch zur
optischen Achse 39.
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Die
Sekundärelektronen
treffen dann auf einen Bereich des ortsauflösenden Detektors 15,
der in 4 mit 59 bezeichnet ist. In 4 ist
eine strahlungsempfindliche Fläche
bzw. die Bildebene 42 des ortsauflösenden Detektors 15 schematisch
dargestellt. Der Detektor 15 umfasst in der Bildebene 42 eine
Vielzahl von strahlungsempfindlichen Elementen bzw. Pixeln 61,
welche als ein zweidimensionales Gitter in der Ebene 42 angeordnet
sind. Der Detektor integriert jeweils Elektronenintensitäten, die
auf ein solches Pixel 61 treffen. Die von einem jeden Pixel 61 in
einem Zeitraum erfaßten
und integrierten Intensitäten
können
von der Steuerung 37 ausgelesen werden. Die optische Achse 39 schneidet
den Detektor 15 bzw. dessen Feld aus Pixeln 61 mittig,
so daß der Bereich 59,
auf den die aus einer horizontalen Fläche 53 austretenden
Sekundärelektronen
den Detektor 15 treffen, ebenfalls bezüglich der Achse 39 zentriert ist.
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Die
Sekundärelektronen 55,
die an der linken Flanke 51 der 3 emittiert
werden, weisen eine Winkelverteilung auf, deren Maximum links neben der
optischen Achse 39 gelagert ist. Diese Sekundärelektronen
werden durch die Sekundärelektronenoptik 19 derart
zu dem Detektor 15 geführt,
daß sie rechts
neben der optischen Achse 39 auf diesen treffen und eine
Hauptintensität
dieser Sekundärelektronen
in einem in 4 gezeigten Bereich 63 auf
die Bildebene 42 trifft. Sekundärelektronen 45, die
von der rechten Flanke 51 der 3 ausgehen,
treffen links neben der optischen Achse 39 auf dem Detektor 15 auf.
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Aus 4 ist
ersichtlich, daß die
Auswertung der Ortsinformation des Detektors 15 in dem
ersten Betriebsmodus gemäß 1a und 2a wertvolle
Informationen zur Winkelverteilung der von dem Objekt 3 ausgehenden
Sekundärelektronen
liefert. So kann beispielsweise aus der Ortsabhängigkeit der Sekundärelektronenintensitäten in der
Bildebene 42 auf eine Oberflächentopographie des Objekts,
wie geneigte Flächen
und dergleichen geschlossen werden.
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Da
zu einem jeden Objektpunkt nicht, wie beim herkömmlichen SEM lediglich eine
integrale Sekundärelektronenintensität durch
die Steuerung 37 zu verarbeiten ist, sondern die Vielzahl
von Pixeln 61 des Detektors 15 für jeden
Ort der von dem Primärelektronenstrahl 11 abgetasteten
Objektebene 7 auszulesen ist, bedeutetet dies auch einen
erhöhten Datenverarbeitungsaufwand.
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Hier
können
Vereinfachungen dadurch geschaffen werden, daß die Pixel 61 des
Detektors 15 spaltenweise integral ausgelesen werden und
mehrere Spalten 65 zu Gruppen I, II, III (siehe 4)
zusammengefaßt
werden. Die integralen Sekundärelektronenintensitäten der
Spalten 65 in einer Gruppe werden zu einem Gesamtsignal
addiert. Damit muss die Steuerung 37 lediglich drei Elektronenintensitäten verarbeiten,
um zwischen horizontalen Flächen und
schrägen
Flanken unterscheiden zu können. Das
integrale Signal I weist dann einen hohen Wert auf, wenn der Primärelektronenstrahl 11 auf
eine horizontale Fläche
bzw. ein Plateau 53 gerichtet ist, und eine Differenz zwischen
den integralen Intensitäten
II und III weist dann einen großen
Betrag auf, wenn der Primärelektronenstrahl 11 auf
eine Flanke 51 trifft, wobei das Vorzeichen dieser Differenz
die Flankenorientierung angibt.
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Ferner
ist es möglich,
beispielsweise die Pixel 61, welche in 4 innerhalb
der Kreislinie 67 liegen, zu einer Gruppe zusammenzufassen,
deren registrierte Intensitäten
addiert werden. Dahinter steht, die Überlegung, daß bei horizontalen
Flächen
eine genauere Winkelauflösung
der Sekundärelektronen nicht
notwendig ist und die durch die Addition reduzierte Datenmenge zur
Charakterisierung der Struktur des Objekts ausreichend ist.
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Durch
Auswahl von derartigen Bereichen 67, welche auch eine Ringgestalt
um die optische Achse 39 aufweisen können, ist es ferner möglich, die
Funktion einer Aparturblende bereitzustellen (virtuelle Blende).
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Trifft
der Primärelektronenstrahl 11 auf
einen kristallinen Bereich des Objekts 3, so ist auch bekannt,
daß die
Sekundärelektronen
eine durch die Kristallstruktur bestimmte Winkelverteilung aufweisen.
Es gibt dann für
das kristalline Material charakteristische Winkelwerte, an denen
hohe Sekundärelektronenintensitäten auftreten.
Diese hohen Intensitäten
an bestimmten Winkeln werden auch Bragg-Peaks genannt.
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Dies
ist in 5 schematisch dargestellt. Darin bezeichnen gefüllte Kreise 71 die
Orte derartiger Bragg-Peaks in der Bildebene 42. Um die
Intensitäten
dieser Peaks zu registrieren, werden nicht sämtliche Pixel 61 des
Detektors 15 von der Steuerung 37 ausgelesen.
Es werden lediglich die Pixel 61 ausgelesen, die innerhalb
von Bereichen 73 liegen, die die Orte der Peaks 71 umgeben.
Auch dies führt zu
einer Reduzierung der Datenmenge.
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6 erläutert einen
Mechanismus der Erzeugung von Sekundärelektronen. Primärelektronen eines
auf die Oberfläche 5 des
Objekts 3 treffenden Primärelektronenstrahls 11 lösen durch
inelastischen Stoß unmittelbar
an der Objektoberfläche 5 ein
Sekundärelektron
(SE1) aus, welches von dem Auftreffpunkt bzw. Fokus 35 des
Primärelektronenstrahls 11 ausgeht.
Weitere Primärelektronen
PE dringen in das Objekt 3 ein, führen dort innerhalb einer sogenannten Streubirne 75 mehrere
elastische Stöße aus und
verlassen das Objekt 3 mit Abstand von dem Fokus 35 als
Rückstreuelektronen
BSE, wobei durch Streuung weitere Sekundärelektronen SE2 aus dem Objekt 3 herausgerissen
werden, die dieses ebenfalls mit Abstand von dem Fokus 35 verlassen.
Die innerhalb der Streubirne 75 auftretenden Streuprozesse
und Mechanismen sind für
verschiedene Materialien verschieden und unter anderem abhängig von
einer Zusammensetzung und Struktur des Materials. Dies bedeutet,
daß durch
Auswerten der Abstände,
mit denen Sekundärelektronen
die Objektoberfläche 5 von dem
Fokus 35 verlassen, Rückschlüsse auf
die Struktur des untersuchten Materials möglich sind.
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Es
ist hieraus auch ersichtlich, daß ein mit Abstand von dem Fokus 35 aus
der Objektoberfläche 5 austretendes
Elektron Information über
das Objekt sowohl aus der Nähe
des Fokus 35 als auch des mit Abstand von dem Fokus 35 angeordneten
Austrittspunkts trägt.
Bei einem herkömmlichen
SEM ist zwischen einem Elektron, welches an dem Fokus 35 austritt
und einem Elektron, welches mit Abstand von diesem Fokus 35 austritt,
nicht zu unterscheiden. Dies führt
zu einer Auflösungsverschlechterung.
Mit dem Elektronenmikroskop 1a kann hier jedoch unterschieden
werden, und die Auflösung
kann dadurch verbessert werden, daß lediglich Elektronen, welche innerhalb
eines vorbestimmten maximalen Radius um den Fokus 35 von
der Objektoberfläche 5 ausgehen,
in die Auswertung einbezogen werden.
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Nachfolgend
werden Varianten der in den 1 bis 6 erläuterten
Ausführungsformen
dargestellt. Hierzu sind Komponenten, die hinsichtlich ihres Aufbaus
Komponenten der 1 bis 6 entsprechen,
mit den gleichen Bezugsziffern wie in den 1 bis 6 bezeichnet,
zu ihrer Unterscheidung jedoch mit einem zusätzlichen Buchstaben versehen.
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Ein
in 7 schematisch dargestelltes Elektronenmikroskop 1a ist
hinsichtlich seines Aufbaues und seiner Funktion ähnlich dem
in 1 gezeigten Elektronenmikroskop.
Im Unterschied hierzu weist das Elektronenmikroskop 1a gemäß 7 jedoch
einen Energieselektor 81 auf, der in einer Sekundärelektronenoptik 19a des
Mikroskops 1a angeordnet ist. Lediglich Sekundärelektronen
aus einem ausgewählten
Energiebereich können
den Energieselektor 81 passieren und auf den ortsauflösenden Detektor 15 treffen.
Der Energieselektor 81 ist derart gestaltet, daß er abbildungserhaltend
ist, d. h. in einem Sekundärelektronenstrahl 13a enthaltene
Ortsinformation nicht zerstört.
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Der
in dem Mikroskop
1a eingesetzte Energieselektor
81 ist
ein Energieselektor vom sogenannten Ω-Typ wie er beispielsweise
aus
US 4,740,704 bekannt
ist, deren Offenbarung voll umfänglich
durch Inbezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen ist.
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Der
Energieselektor umfasst vier Feldbereiche 83, 84, 85 und 86,
deren Umrisse in 7 schematisch dargestellt sind
und welche der Sekundärelektronenstrahl 13a der
Reihe nach durchläuft.
Der erste Feldbereich 83 lenkt den Sekundärelektronenstrahl 13a um
90° nach
rechts ab, daraufhin tritt er in den Feldbereich 84 ein,
welcher ihn um 90° nach links
ablenkt, worauf er in den Feldbereich 85 eintritt, der
ihn um weitere 90° nach
links ablenkt, worauf der Sekundärelektronenstrahl 13a schließlich in
den. Feldbereich 86a eintritt, der ihn wiederum um 90° nach rechts
ablenkt. Die in den Feldbereichen 83 bis 86 jeweils
durch ein Magnetpolpaar bereitgestellten Magnetfelder sind hinsichtlich
ihrer Stärke
und räumlichen
Ausdehnung sowie deren relativer Anordnung zueinander so ausgewählt, daß der Sekundärelektronenstrahl
den Energieselektor 81 im Wesentlichen geradlinig, d. h.
im Wesentlichen entlang der optischen Achse 39a der Objektivanordnung 29a durchsetzt.
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Der
Feldbereich 83 des Energieselekors 81 stellt neben
dem ersten Ablenkfeld für
den Sekundärelektronenstrahl 13a in
dem Energieselektor 81 ebenfalls ein Magnetfeld bereit,
um den Primärelektronenstrahl 13a von
dem Sekundärelektronenstrahl 11a zu
separieren. Somit wirkt der Feldbereich 83 des Energiefilters 81 ebenfalls
als Strahlweiche 21a. Der Primärelektronenstrahl 11a wird
durch eine Strahlquelle bereitgestellt, welche eine Kathode 21a und
eine gegenüber
der Kathode 21a über
eine einstellbare Spannungsquelle 20 vorgespannte Anode 22 umfasst.
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Eine
im Strahlengang des Sekundärelektronenstrahls 13a vor
dem Detektor 15a vorgesehene Projektionslinse 23a ist
von einer Steuerung 37a ansteuerbar, und zwar dahingehend,
um das Elektronenmikroskop 1a von einem ersten Betriebsmodus, in
dem der Detektor 15a eine Winkelverteilung der von einer
Objektebene 7a ausgehenden Sekundärelektronen aufnimmt, in einen
zweiten Betriebsmodus umzuschalten, in dem der Detektor 15a eine
Ortsabhängigkeit
der von der Objektebene 7a ausgehenden Sekundärelektronen
erfaßt,
wie dies bereits im Zusammenhang mit den 1 bis 6 erläutert wurde.
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Wie
vorangehend bereits geschildert, sind in der vorliegenden Anmeldung
sämtliche
durch den Primärelektronenstrahl
hervorgerufene Elektronen, welche vom Objekt zurück zum Objektiv verlaufen, als
Sekundärelektronen
bezeichnet. Somit sind alle diese Arten von Elektronen im Rahmen
der beschriebenen Anwendung enthalten, obwohl in 6 "Spiegelelektronen° nicht beschrieben
sind. Allerdings gibt es auch für
Messungen mit derartigen Spiegelelektronen eine bevorzugte Anwendung,
nämlich
die Vermessung von elektrischen Feldern über einer Objektoberfläche. Hier
gibt die ortsauflösende
Beobachtung der Sekundärelektronen
(Spiegelelektronen) einen direkten Hinweis auf Stärke und
Richtung von elektrischen Feldern über der Objektoberfläche.
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Der
in der Ausführungsform
gemäß 7 beschriebene
Energiefilter ist vom Ω-Typ.
Selbstverständlich
ist es auch möglich,
hier andere Arten von Energiefiltern einzusetzen, beispielsweise
eine solche, welche herkömmlicherweise
als Energiefilter vom α-Typ
bezeichnet wird.
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Als
eine Variante der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen ist es denkbar,
die Elektronenquelle bzw. den Primärelektronenstrahl durch eine
Quelle bzw. einen Strahl einer anderen Energieart zu ersetzten,
welche ebenfalls im Wesentlichen in einem Punkt in der Objektebene
fokussierbar ist. Beispiele hierfür sind ein Photonenstrahl oder
Ionenstrahl.