DE112010005188B4

DE112010005188B4 - Vorrichtung zum Bestrahlen mit geladenen Teilchen

Info

Publication number: DE112010005188B4
Application number: DE112010005188.7T
Authority: DE
Inventors: Michio Hatano; Yasuko Watanabe; Mitsugu Sato; Hiroyuki Honda; Tetsuya Sawahata; Sukehiro Ito; Takashi Ohshima
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2016-04-07
Anticipated expiration: 2030-08-12
Also published as: WO2011092757A1; JP5576406B2; JPWO2011092757A1; DE112010005188T5

Abstract

Vorrichtung zum Bestrahlen mit geladenen Teilchen, mit einer Quelle (15) für geladene Teilchen, die geladene Primärteilchen (3) als Sonde erzeugt, mit einem optischen System (13) für die geladenen Primärteilchen (3), mit einem Probentisch (49) für die Aufnahme einer Probe (50), mit einem Vakuumpumpsystem, mit einer Blende (24) zum Begrenzen der Sonde, mit einer leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46), und mit einem Detektor (2; 27; 34; 41) zum Erfassen geladener Sekundärteilchen, die durch Auftreffen der als Sonde dienenden geladenen Primärteilchen (3) auf die Probe (50) entstehen, wobei die leitende Schicht (1; 43; 31; 39; 46) an einer Stelle außerhalb der optischen Achse des optischen Systems (13) zwischen dem Probentisch (49) und der Blende (24) angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen der Erfassungsfläche (9) des Detektors (2; 27; 34; 41) für geladene Teilchen und dem Probentisch (49) größer ist als der Abstand zwischen dem Probentisch (49) und der leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46), dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46) und die Erfassungsfläche (9) des Detektors (2; 27; 34; 41) zueinander geneigt sind, und die Dicke der leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46) so bemessen ist, dass die geladenen Sekundärteilchen (6), die an der von der Probe (50) abgewandten Seite der leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46) erzeugt werden, und deren Energien innerhalb eines gewünschten Energiebands liegen, vom Detektor ...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestrahlen mit geladenen Teilchen und insbesondere eine Technik, bei der an einer Vorrichtung zum Bestrahlen mit geladenen Teilchen Informationen über die Oberfläche einer Probe durch Erfassen von Sekundärteilchen erhalten werden, die an der Probe beim Bestrahlen mit einem Elektronenstrahl als Sonde erzeugt werden, der mit einer Beschleunigungsspannung von 1 kV bis 200 kV beschleunigt wird, wobei hinsichtlich der Energie der zu erfassenden Elektronen die Energie nach einer wirkungsvollen und einfachen Bandpaßunterscheidung erfaßt wird.
Stand der Technik
Für Vorrichtungen mit einem geladenen Teilchenstrahl, bei denen die Oberfläche einer Probe mit geladenen Teilchen als Sonde bestrahlt wird und die Sekundärteilchen erfaßt werden, die bei der Bestrahlung an der Probe erzeugt werden, oder bei denen die geladenen Teilchen erfaßt werden, die die Probe durchsetzen, und aus der erfaßten Intensität Informationen über die Einstrahlposition erhalten werden, gibt eine ganze Reihe von Verfahren zum Erhalten von speziellen Informationen durch die Auswahl der erfaßten Energie der geladenen Teilchen.
Insbesondere bei einem Rasterelektronenmikroskop, bei dem durch zweidimensionales Abtasten einer Probe mit einem Elektronenstrahl eine zweidimensionale Abbildung des Abtastbereichs erhalten wird, gibt es eine Anzahl von Verfahren zur Unterscheidung der Energie der Signalelektronen, die an der Probe erzeugt werden.
Es gibt zum Beispiel die Verfahren, die die Tatsache ausnutzen, daß die Bahn von Signalelektronen von ihrer Energie abhängt. Solche Verfahren sind in der japanischen Veröffentlichung der ungeprüften Patentanmeldung Nr. 2004-221089 (Anmelderin: Leo Elektronenmikroskope GmbH) und in der japanischen Veröffentlichung der ungeprüften Patentanmeldung Nr. 2002-110079 (Anmelderin: Hitachi, Ltd.) beschrieben, wobei sich jeweils die Erfassungsfläche eines Detektors an einer Stelle befindet, an der nur Elektronen mit einer bestimmten Energie erfaßt werden.
Wenn die Bahn der Signalelektronen durch ihre Energie nicht verändert wird, werden Verfahren angewendet, bei denen an eine poröse plattenartige Elektrode (eine Gitterelektrode) eine negative Spannung angelegt wird, deren elektrisches Feld verhindert, daß Elektronen mit einer bestimmten Energie den Raum zwischen einer Probe und der Erfassungsfläche eines Detektors überwinden können. Solche Verfahren sind in der japanischen Veröffentlichung der ungeprüften Patentanmeldung Nr. Hei 11(1999)-242941 (Anmelderin: Hitachi, Ltd.) und in der WO-Veröffentlichung Nr. 99/46798 (Anmelderin: Hitachi, Ltd.) beschrieben.
Bei diesen Verfahren erfolgt jedoch nur eine Hochpaßerfassung oder eine Tiefpaßerfassung. Eine Bandpaßerfassung zum Erfassen von zum Beispiel nur der Elektronen mit einer Energie von 10 keV bis 20 keV in Signalelektronen mit einer Bandbreite der Energie von 1 keV bis 30 keV bei einer Einstrahlungsenergie des primären Elektronenstrahls von 30 keV ist damit nicht möglich.
Als Verfahren zum Ausführen einer Bandpaßerfassung gibt es verschiedene Methoden mit einer mehrstufigen elektrischen Feldbarriere an mehreren Gitterelektroden durch Anlegen von in Stufen unterschiedlichen Spannungen an die Elektroden und das Eingrenzen der Energiebandpässe der Signalelektronen, die durch die einzelnen Potentialbarrieren ausgewählt und erfaßt werden.
In der japanischen Veröffentlichung der ungeprüften Patentanmeldung Nr. Hei 10(1998)-188883 (Anmelderin: Shimadzu Corporation) ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die Signalelektronen bandpaßartig als Stromsignale von einzelnen Gitterelektroden über potentialfreie Verstärker erfaßt werden. In der japanischen Veröffentlichung der ungeprüften Patentanmeldung Nr. 2006-114426 (Anmelderin: Hitachi, Ltd.) ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die Signalelektronen im Bandpaß erfaßt werden, der durch einen Elektronendetektor bestimmt wird, der zwischen Gitterelektroden angeordnet ist.
Bei allen diesen Verfahren ist jedoch das von den Gitterelektroden erzeugte elektrische Feld nicht gleichmäßig, und die Elektroden stellen ein dreidimensionales Hindernis dar. Eine wirkungsvolle Erfassung ist damit nicht möglich. Bei beiden Verfahren sind mehrere Hochspannungsquellen zum Erzeugen der elektrischen Abschirmfelder erforderlich, wobei in jedem Fall die elektrische Durchschlagfestigkeit zu beachten ist. Es läßt sich damit kein einfacher und praktischer Detektor aufbauen.
In der japanischen Veröffentlichung der ungeprüften Patentanmeldung Nr. Hei 11(1999)-160438 (Anmelderin: EL-MUL Technologies Ltd.) ist ein Verfahren mit einer dünnen Schicht zwischen der Erfassungsfläche eines MCP-Detektors (einer Mikrokanalplatte) als Elektronendetektor und der Probe beschrieben. Die Aufgabe ist dabei, auch mit einer MCP, deren maximale Empfindlichkeit bei niedrigen Energien von etwa 300 eV liegt, eine effektive Erfassung von hochenergetischen Elektronen zu ermöglichen. Die hochenergetischen Elektronen werden beim Durchlaufen der dünnen Schicht abgeschwächt oder auf der Seite der Erfassungsfläche der MCP in der dünnen Schicht in Nebenelektronen mit einer extrem niedrigen Energie (< 100 eV) umgewandelt. Nach der Umwandlung können die hochenergetischen Elektronen wirkungsvoll als Elektronen mit extrem geringer Energie von der MCP erfaßt werden.
Es kann zwar dadurch im Prinzip eine Bandpaßerfassung erfolgen, daß die Dicke der dünnen Schicht passend gewählt wird und Elektronen mit einer bestimmten Energie in Elektronen mit einer Energie von genau 300 eV umgewandelt werden. Je schwieriger die Energie abzuschwächen ist, um so mehr Elektronen mit extrem geringer Energie sind jedoch an der Oberfläche der MCP zu erwarten. Im Endeffekt kann so nur eine Hochpaßfilterung erfolgen. Es ist zu erwarten, daß keine Bandpaßerfassung ohne Erfassung der hochenergetischen Elektronen möglich ist.
In der Patentschrift US 2009/0242763 A1 , auf der die zweiteilige Anspruchsform des vorliegenden Anspruchs 1 basiert, steht die Sekundärteilchenerfassungsfläche des Detektors parallel zu dem für Sekundärelektronen transparenten Teil eines Vakuumgehäuses. Weiterführender Stand der Technik ist in den Patentschriften US 2004/0046120 A1 , EP 1271603 A1 und EP 2216798 A1 offenbart.
Liste der zitierten Druckschriften
Patent-Druckschriften:

Patent-Druckschrift 1: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-221089
Patent-Druckschrift 2: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-110079
Patent-Druckschrift 3: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 11(1999)-2423941
Patent-Druckschrift 4: WO-Veröffentlichung Nr. 99/46798
Patent-Druckschrift 5: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 10(1998)-188883
Patent-Druckschrift 6: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2006-114426
Patent-Druckschrift 7: Veröffentlichung der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 11(1999)-160438
Patent-Druckschrift 8: US 2009/0242763 A1
Patent-Druckschrift 9: US 2004/0046120 A1
Patent-Druckschrift 10: EP 1271603 A1
Patent-Druckschrift 11: EP 2216798 A1

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
Technisches Problem
Wie beschrieben ist es schwierig, mit einer der in den zitierten Patent-Druckschriften 1 bis 7 beschriebenen Technik eine einfache und wirksame Bandpaßerfassung zu erhalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abbildung an einem Rasterelektronenmikroskop zu erhalten, bei dem hinsichtlich einer Energie der Elektronen von gleich oder mehr als 1 kV und gleich oder weniger als der Einstrahlungsenergie des primären Elektronenstrahls eine einfache und wirkungsvolle Bandpaßfilterung der Elektronen erfolgt, die in dem Rasterelektronenmikroskop an einer Probe erzeugt werden, auf das ein primärer Elektronenstrahl mit einer Beschleunigungsspannung von 1 kV bis 200 kV eingestrahlt wird.
Lösung des Problems
Erfindungsgemäß wird das obige Problem in einer Vorrichtung zum Bestrahlen mit geladenen Teilchen durch die im beigefügten Anspruch 1 definierten Merkmale gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsbeispiele.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Mit einem solchen Aufbau kann eine einfache und sehr wirkungsvolle Bandpaßerfassung erfolgen, wobei nur eine minimale Ausstattung ohne Hochspannung erforderlich ist und bei dem keine dreidimensionalen Hindernisse wie Gitter vorhanden sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1-1 zeigt den grundlegenden Aufbau eines Bandpaßdetektors der vorliegenden Erfindung.
1-2 zeigt den grundlegenden Aufbau eines Bandpaßdetektors der vorliegenden Erfindung.
1-3 zeigt den grundlegenden Aufbau eines Bandpaßdetektors der vorliegenden Erfindung.
1-4 zeigt den grundlegenden Aufbau eines Bandpaßdetektors der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine erste Ausführungsform eines Rasterelektronenmikroskops.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Rasterelektronenmikroskops.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Rasterelektronenmikroskops.
5 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Rasterelektronenmikroskops.
6 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines Rasterelektronenmikroskops.
7 zeigt eine sechste Ausführungsform eines Rasterelektronenmikroskops.
8 zeigt eine siebte Ausführungsform eines Rasterelektronenmikroskops.
9 zeigt eine achte Ausführungsform eines Rasterelektronenmikroskops.
10 zeigt eine neunte Ausführungsform eines Rasterelektronenmikroskops.
11 zeigt eine zehnte Ausführungsform eines Rasterelektronenmikroskops.
12 zeigt eine elfte Ausführungsform eines Rasterelektronenmikroskops.
13 zeigt eine zwölfte Ausführungsform eines Rasterelektronenmikroskops.
14 zeigt eine dreizehnte Ausführungsform eines Rasterelektronenmikroskops.
15 zeigt einen Mechanismus zur variablen Energie-Bandpaßerfassung bei einem erfindungsgemäßen Bandpaßdetektor.
16 zeigt einen zweiten Mechanismus zur variablen Energie-Bandpaßerfassung bei einem erfindungsgemäßen Bandpaßdetektor.
17 zeigt eine vierzehnte Ausführungsform eines Niedrigvakuum-Rasterelektronenmikroskops.
18 zeigt eine fünfzehnte Ausführungsform eines Niedrigvakuum-Rasterelektronenmikroskops.
19 zeigt eine sechzehnte Ausführungsform eines Niedrigvakuum-Rasterelektronenmikroskops.
Beschreibung von Ausführungsformen
Die 1-1 zeigt einen Aufbau, der die grundlegende Form eines Energie-Bandpaß-Elektronendetektors der vorliegenden Erfindung darstellt.
Zur einfacheren Erläuterung werden im folgenden von den Elektronen mit einer Energie, die gleich oder größer ist als 1 keV und gleich oder kleiner ist als die Einstrahlungsenergie des primären Elektronenstrahls, die Elektronen mit einer Energie, die größer ist als eine gewünschte Energie, die einer Bandpaßerfassung unterworfen werden soll, als hochenergetische Elektronen bezeichnet, und die Elektronen mit einer Energie, die kleiner ist als die gewünschte Energie, werden als niedrigenergetische Elektronen bezeichnet. Elektronen mit einer Energie, die gleich oder kleiner ist als 100 eV, werden als Elektronen mit extrem geringer Energie bezeichnet.
Im Weg der Signalelektronen 5, 4 und 7 ist eine leitende Schicht 1 aus Aluminium, Gold oder dergleichen in einer Dicke von 10–50000 nm angeordnet. Die leitende Schicht 1 ist mit einer Genauigkeit von ±10° senkrecht zu einem primären Elektronenstrahl angeordnet. An einer Stelle, die von der Probe weiter weg ist als der Abstand zwischen der leitenden Schicht 1 und der Probe beträgt, ist ein Elektronendetektor 2 angeordnet, dessen Erfassungsfläche relativ zu der leitenden Schicht 1 einen Winkel von 30° bis 150° (in der 1-1 90°) aufweist. Die leitende Schicht 1 ist zum Durchlassen des primären Elektronenstrahls 3 außerhalb der optischen Achse des primären Elektronenstrahls angeordnet.
Von den an der Probe erzeugten Signalelektronen verlieren die niedrigenergetischen Elektronen 4 beim Eindringen in die leitende Schicht ihre gesamte Energie und werden in der Nähe der Oberfläche der leitenden Schicht 1 auf der Seite der Probe gestoppt. Im Elektronendetektor 2 wird daher kein Signal für die niedrigenergetischen Elektronen 4 erfaßt.
Die Elektronen 5 mit der gewünschten Energie verlieren zwar beim Durchlaufen der leitenden Schicht 1 einen Teil ihrer Energie, sie treten jedoch mit einer niedrigen Energie von gleich oder weniger als 1 keV auf der dem Detektor zugewandten Seite der leitenden Schicht 1 aus. Auf der dem Detektor zugewandten Seite der leitenden Schicht 1 entstehen so Elektronen 6 mit einer extrem geringen Energie (einige eV). Wie allgemein bekannt ist, hängt die Erzeugungsrate von Elektronen mit einer extrem geringen Energie von der Energie der auftreffenden Elektronen und von dem Material der Substanz ab, auf die die Elektronen auftreffen, wobei in vielen Fällen die Erzeugungsrate ein Maximum aufweist, wenn die Energie der auftreffenden Elektronen gleich oder kleiner ist als 1 keV. In Aluminium ist die Erzeugungsrate von Elektronen mit einer extrem geringen Energie bei Elektronen mit etwa 500 eV maximal und etwa gleich 2.
Die hochenergetischen Elektronen 7 verlieren in der leitenden Schicht 1 nur wenig von ihrer Energie und setzen ihren Weg auch nach der leitenden Schicht auf einer Bahn fort, die im wesentlichen eine gerade Linie ist. Die Energie ist beim Durchlaufen der leitenden Schicht hoch, so daß auf der dem Detektor zugewandten Seite der leitenden Schicht nur wenige Elektronen extrem geringer Energie erzeugt werden. In Aluminium beträgt die Erzeugungsrate von Elektronen 6 mit einer extrem geringen Energie durch Elektronen mit etwa 10 keV etwa 0,2.
Wie beschrieben kann durch Erfassen der Elektronen 6 mit extrem geringer Energie selektiv ein deutliches Signal für die Elektronen mit der gewünschten Energie erfaßt werden und damit eine Bandpaßerfassung der Elektronen erfolgen. Wenn das erfaßte Signal synchron zur Abtastung mit dem primären Elektronenstrahl 3 an einem Abbildungsverarbeitungsterminal angezeigt wird, entsteht dadurch eine Abbildung für das Rasterelektronenmikroskop für die Elektronen, die die gewünschte Energie aufweisen und dafür einer Bandpaßfilterung unterzogen wurden.
Der Elektronendetektor 2 zum Erfassen der Elektronen 6 mit extrem geringer Energie umfaßt einen Szintillator 9, einen Photoelektronenvervielfacher 11 und einen Lichtleiter 10, der die erzeugten Photonen vom Szintillator 9 zum Photoelektronenvervielfacher 11 führt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Seite des Szintillators 9, die die Erfassungsfläche des Detektors darstellt, unter einem Winkel von 90° relativ zur leitenden Schicht 1 angeordnet. Der Winkel zwischen der Erfassungsfläche des Detektors und der leitenden Schicht ist nicht auf 90° beschränkt, sondern die Erfassungsfläche des Szintillators kann unter einem Winkel gleich oder größer als 30° und gleich oder kleiner als 150° angeordnet sein. Die Oberfläche des Szintillators 9 des Elektronendetektors ist mit einer Beschleunigungselektrode 12 in der Form einer dünnen Schicht versehen, an die eine positive Spannung von etwa 10 kV angelegt wird, um die Sekundärelektronen entsprechend zu beschleunigen. Die beschleunigten Elektronen 6 mit extrem geringer Energie treffen auf den Szintillator 9 auf und erzeugen Photonen. Der Photoelektronenvervielfacher 11 wandelt die Photonen in Elektronen um und verstärkt das Signal stark. Der Elektronendetektor 2 ist nicht auf den beschriebenen Aufbau beschränkt, sondern er kann zum Beispiel auch eine MCP sein (eine Mikrokanalplatte).
Um zu verhindern, daß die an die Beschleunigungselektrode 12 angelegte Hochspannung den primären Elektronenstrahl 3 beeinflußt, kann eine Elektrode 8 in gitterartiger Form zwischen der Beschleunigungselektrode 12 und der optischen Achse des primären Elektronenstrahls 3 vorgesehen werden, die auf Massepotential gehalten wird. Der Lochdurchmesser der Gitterelektrode 8 muß so klein sein, daß das von der Beschleunigungselektrode 12 erzeugte elektrische Feld keinen Einfluß auf den primären Elektronenstrahl 3 ausübt. Andererseits muß der Lochdurchmesser groß genug sein, damit das elektrische Feld bis zur leitenden Schicht 1 durchgreift, an der die Elektronen 6 mit extrem geringer Energie entstehen, um diese Elektronen 6 zum Szintillator 9 zu ziehen.
Zur Auswahl eines Energiebands für die Bandpaßerfassung wird die Dicke der leitenden Schicht 1 entsprechend verändert. Wenn die leitende Schicht 1 zum Beispiel aus Aluminium besteht, ist sie etwa 1 μm dick, um eine Bandpaßerfassung mit einer bei 10 keV zentrierten Energie durchzuführen, und sie ist etwa 2,5 μm dick, wenn eine Bandpaßerfassung mit einer bei 20 keV zentrierten Energie durchgeführt werden soll. Bei der Bandpaßerfassung einer bei einem niedrigeren Wert zentrierten Energie muß die Dicke der leitenden Schicht weiter herabgesetzt werden.
Wenn der Detektor als Hochpaßfilter verwendet werden soll, wird die Dicke der leitenden Schicht 1 so gewählt, daß die Energie der Signalelektronen mit der maximalen Energie (ein Wert, der im wesentlichen der gleiche ist wie für die Einstrahlungsenergie des primären Elektronenstrahls) auf eine niedrige Energie von 1 keV oder weniger abgeschwächt wird.
Die zum Detektor weisende Oberfläche der leitenden Schicht 1 kann mit einer Substanz wie MgO, CsI, Aluminiumoxid und dergleichen in einer Dicke von 100 nm oder weniger beschichtet sein, um die Wirksamkeit der Erzeugung von Elektronen mit extrem geringer Energie zu erhöhen.
Der Elektronendetektor 2 zum Erfassen der Elektronen 6 mit extrem geringer Energie umfaßt den Szintillator 9, den Photoelektronenvervielfacher 11 und den Lichtleiter 10, der die am Szintillator erzeugten Photonen zum Photoelektronenvervielfacher führt.
Für eine Verwendung des Detektors als Bandpaßfilter ist es unerläßlich, daß die hochenergetischen Elektronen 7 nicht direkt erfaßt werden. Dies wird durch die beschriebene Anordnung der leitenden Schicht 1 und der Seite des Szintillators 9, die die Erfassungsfläche des Detektors bildet, erreicht.
Bei der in der 1-1 gezeigten Ausführungsform ist die leitende Schicht senkrecht zur optischen Achse des primären Elektronenstrahls 3 angeordnet, und die Seite des Szintillators 9, die die Erfassungsfläche des Detektors bildet, ist relativ zur leitenden Schicht 1 unter einem Winkel von 90° angeordnet. Es ist dabei zu beachten, daß die Änderung 101 im Bahnwinkel der Elektronen 7 beim Durchlaufen der leitenden Schicht auf eine Änderung im Bereich von ±10° oder weniger beschränkt bleibt, damit die Elektronen 7 nicht direkt auf die Erfassungsfläche auftreffen. Eine solche Anordnung der leitenden Schicht 1 und der Erfassungsfläche ist auch bei allen folgenden Ausführungsformen erforderlich.
Der Winkel zwischen der leitenden Schicht und der optischen Achse des primären Elektronenstrahls 3 und der Winkel zwischen der Erfassungsfläche des Detektors und der leitenden Schicht ist nicht auf jeweils 90° beschränkt. Dies wird anhand einer Abänderung des Winkels zwischen der leitenden Schicht und der Erfassungsfläche des Detektors im grundlegenden Aufbau der 1-1 erläutert.
Der Winkel zwischen der leitenden Schicht und der optischen Achse des primären Elektronenstrahls 3 ist nicht auf 90° ± 10° beschränkt, sondern er kann zum Beispiel 100° bis 150° betragen. Der Winkel zwischen der leitenden Schicht und der Erfassungsfläche des Detektors fällt dabei in den Bereich von 30° bis 150°. Bei der in der 1-2 gezeigten Ausführungsform beträgt der Winkel zwischen der leitenden Schicht 1 und der optischen Achse des primären Elektronenstrahls 3 120°. Der Winkel zwischen der leitenden Schicht 1 und der Seite des Szintillators 9, die die Erfassungsfläche des Detektors bildet, beträgt 60°. Die Richtung der Anfangsgeschwindigkeit einer Vielzahl der Elektronen 6 mit extrem geringer Energie ist bei diesem Aufbau auf die Erfassungsfläche gerichtet, so daß die Wirksamkeit der Erfassung zunimmt.
Bei der in der 1-3 gezeigten Ausführungsform beträgt der Winkel zwischen der leitenden Schicht 1 und der optischen Achse des primären Elektronenstrahls 3 120°, und der Winkel zwischen der leitenden Schicht 1 und der Seite des Szintillators, die die Erfassungsfläche des Detektors bildet, beträgt 90°. Auch bei diesem Aufbau ist die Richtung der Anfangsgeschwindigkeit einer Vielzahl der Elektronen 6 mit extrem geringer Energie auf die Erfassungsfläche gerichtet, so daß die Wirksamkeit der Erfassung hoch ist. Darüberhinaus ist es für die hochenergetischen Elektronen 7, die die leitende Schicht 1 durchsetzen, schwierig, direkt die Oberfläche des Szintillators 9 zu erreichen, die die Erfassungsfläche bildet.
Bei der in der 1-4 gezeigten Ausführungsform beträgt der Winkel zwischen der leitenden Schicht 1 und der optischen Achse des primären Elektronenstrahls 3 90°, und der Winkel zwischen der leitenden Schicht 1 und der Seite des Szintillators 9, die die Erfassungsfläche des Detektors bildet, beträgt 120°. Bei diesem Aufbau ist es für die hochenergetischen Elektronen 7, die die leitende Schicht 1 durchsetzen, schwierig, direkt die Oberfläche des Szintillators 9 zu erreichen, die die Erfassungsfläche bildet.
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Erste Ausführungsform
Die 2 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den Gesamtaufbau eines Rasterelektronenmikroskops mit einem Energie-Bandpaß-Elektronendetektor.
Das Rasterelektronenmikroskop der 2 umfaßt im wesentlichen eine elektrooptische Linsensäule 13 mit einem Mechanismus zum Bestrahlen einer Probe mit einem Elektronenstrahl, eine Probenbasis 49 für die Aufnahme einer Probe 50 und eine Probenkammer 14 für die Probenbasis 49, eine Informationsverarbeitungseinheit (nicht gezeigt) zum Ausführen von Steuerprozessen, verschiedenen Abbildungsprozessen und Informationsprozessen für ein Nutzerinterface sowie ein Abbildungsanzeigeterminal (nicht gezeigt) zum Anzeigen einer Rasterelektronenmikroskopabbildung sowie einen Bildspeicher.
Die elektrooptische Linsensäule 13 umfaßt im wesentlichen eine Elektronenquelle 15, eine erste Kondensorlinse (C1-Linse) 16, eine zweite Kondensorlinse (C2-Linse) 17, einen zweistufigen Abtastdeflektor 18, eine Objektivlinse 21 und dergleichen. Als Elektronenquelle 15 wird in der Regel eine Elektronenquelle vom elektrischen Feldemissionstyp verwendet.
Die Objektivlinse 21 ist eine Objektivlinse vom Halb-inder-Linse-Typ, bei sich dem die Probe 50, die unter der Unterseite der Linse angeordnet ist, noch im Magnetfeld der Linse befindet. Es ist auch möglich, die Objektivlinse 21 innerhalb der Probenkammer 14 anzuordnen. Zur einfacheren Erläuterung wird jedoch davon ausgegangen, daß die Objektivlinse 21 ein Bauelement des elektrooptischen Linsensäulensystems 13 ist.
Der von der Elektronenquelle 15 mit einer Energie von 200 keV oder weniger emittierte primäre Elektronenstrahl 3 wird von der C1-Linse 16 in einen ersten Konvergenzpunkt 23 fokussiert und läuft dann durch eine Blende 24. Dabei werden unerwünschte Bereiche des primären Elektronenstrahls 3 entfernt. Die Position des ersten Konvergenzpunkts 23 des primären Elektronenstrahls 3 wird durch Steuern der C1-Linse 16 kontrolliert.
Der primäre Elektronenstrahl 3 wird nach der Blende 24 von der C2-Linse 17 in einen zweiten Konvergenzpunkt 25 fokussiert. Die Position des zweiten Konvergenzpunkts 25 des primären Elektronenstrahls 3 wird durch Steuern der C2-Linse 17 kontrolliert. Der primäre Elektronenstrahl 3 wird nach dem Durchlaufen des zweiten Konvergenzpunkts 25 von der Objektivlinse 21 auf die Probe 50 fokussiert. Der zweistufige Abtastdeflektor 18 ist zwischen der C2-Linse 17 und der Objektivlinse 21 angeordnet und führt den Konvergenzpunkt des primären Elektronenstrahls 3 entsprechend dem gewünschten Sichtfeld bzw. der gewünschten Vergrößerung zweidimensional über die Probe 50.
Bei der Bestrahlung mit dem primären Elektronenstrahl 3 werden an der Probe Signalelektronen mit verschiedenen Energien erzeugt. Zur einfacheren Erläuterung wird hier angenommen, daß sich die Probe auf Massepotential befindet. Von den Signalelektronen, die von der Probe emittiert werden, werden die Signalelektronen mit einer Energie gleich oder weniger als 50 eV als Sekundärelektronen 26 bezeichnet. Die Sekundärelektronen, die von dem Magnetfeld der Linse vom Halb-in-der-Linse-Typ beeinflußt werden, laufen durch die Mittelöffnung der Objektivlinse 21, die um die optische Achse des primären Elektronenstrahls herum angeordnet ist, in Richtung zur Elektronenquelle. In einem E × B-Feld 20 für den Detektor A werden die Sekundärelektronen 26 in Richtung auf einen Detektor A 19 abgelenkt. Der Detektor A 19 erfaßt die Sekundärelektronen 26. Der Detektor A 19 entspricht dem Elektronendetektor 2 der 1-1. Das E × B-Feld wird mit einem orthogonalen elektromagnetischen Feldgenerator erzeugt, es läßt den primären Elektronenstrahl geradlinig durch und lenkt nur Elektronen mit einer extrem geringen Energie (< 50 eV) aus der Achse aus.
In einem Bandpaßdetektor liegt der Schwerpunkt der Erfassung bei Signalelektronen, die von den Signalelektronen mit einer Energie im Bereich von 1 keV bis zur Einstrahlungsenergie des primären Elektronenstrahls eine Energie haben, die der Dicke der leitenden Schicht entspricht. Ähnlich wie die Sekundärelektronen werden auch die Signalelektronen mit einer Energie im Bereich von 1 keV bis zur Einstrahlungsenergie des primären Elektronenstrahls durch das Magnetfeld der Linse vom Halb-in-der-Linse-Typ beeinflußt, und eine Anzahl der Signalelektronen läuft durch die Mittelöffnung der Objektivlinse 21, die um die optische Achse des primären Elektronenstrahls herum angeordnet ist, in Richtung zur Elektronenquelle.
Die leitende Schicht A 43 zur Bandpaßerfassung weist die Form einer achsensymmetrischen Kreisscheibe auf, die in der Mitte mit einer Öffnung zum Durchlassen des primären Elektronenstrahls 3 versehen ist und die zwischen dem E × B-Feld 20 für den Detektor A und der C2-Linse 17 senkrecht zur optischen Achse des primären Elektronenstrahls 3 angeordnet ist. Die Dicke der leitenden Schicht A 43 wird von der Energie bestimmt, die der Bandpaßerfassung unterzogen werden soll. Die Elektronen 6 mit extrem geringer Energie, die durch die Elektronen 5 mit der gewünschten Energie erzeugt werden, werden von einem Detektor B 27 erfaßt. Der Detektor B 27 ist wie der Elektronendetektor 2 der 1-1 aufgebaut. Zwischen der leitenden Schicht A 43 und der C2-Linse 17 kann ein E × B-Feld 30 für den Detektor B vorgesehen sein, das die gleiche Funktion hat wie das E × B-Feld 20 für den Detektor A.
Am Detektor A 19 werden zusätzlich zu den Sekundärelektronen 26 auch die Elektronen 29 mit extrem geringer Energie erfaßt, die von den niedrigenergetischen Elektronen 4 auf der zur Probe zeigenden Seite der leitenden Schicht A 43 erzeugt werden. Wenn aus den in den Sekundärelektronen 26 enthaltenen Informationen die Informationen über die niedrigenergetischen Elektronen 4 hervorgehoben werden sollen, wird an eine Abschirmelektrode 28 eine negative Spannung angelegt. Die Spannung beträgt in der Regel etwa –100 V. Die Sekundärelektronen 26 werden durch das dabei entstehende elektrische Abschirmfeld in die Richtung zurück zur Probe gedrückt, so daß die niedrigenergetischen Elektronen vom Detektor A 19 erfaßt werden können.
Zweite Ausführungsform
Die 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den Gesamtaufbau eines Rasterelektronenmikroskops mit einem Energie-Bandpaß-Elektronendetektor. Bei dieser Ausführungsform ist die leitende Schicht A 43, die die Form einer achsensymmetrischen Kreisscheibe mit einer Öffnung in der Mitte zum Durchlassen des primären Elektronenstrahls 3 hat, unter einem Winkel gleich oder kleiner als 150° relativ zur optischen Achse des primären Elektronenstrahls 3 angeordnet. Die Elektronen 6 mit extrem geringer Energie besitzen dabei eine Anfangsgeschwindigkeit in Richtung zum Detektor B 27, so daß die Erfassung ohne das E × B-Feld 30 für den Detektor B der ersten Ausführungsform möglich ist. Wenn der Detektor A 19 wie in der 3 gezeigt angeordnet ist, ist die Erfassung auch ohne das E × B-Feld 20 für den Detektor A möglich, da die Elektronen 29 mit extrem geringer Energie eine Anfangsgeschwindigkeit in Richtung zum Detektor A besitzen.
Dritte Ausführungsform
Die 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den Gesamtaufbau eines Rasterelektronenmikroskops mit einem Energie-Bandpaß-Elektronendetektor. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist zum Erfassen von Elektronen, die unter einem großen Winkel von der Probe emittiert werden, zusätzlich zu dem System der ersten Ausführungsform ein weiteres System zur Bandpaßerfassung vorgesehen. Eine leitende Schicht B 31 zur Bandpaßerfassung der unter einem großen Winkel emittierten Elektronen hat die Form einer achsensymmetrischen Kreisscheibe mit einer Öffnung in der Mitte zum Durchlassen des primären Elektronenstrahls 3 und ist zwischen der Blende 24 und der C2-Linse 17 senkrecht zur optischen Achse des primären Elektronenstrahls 3 angeordnet. Die Dicke der leitenden Schicht B 31 wird von der Energie bestimmt, die der Bandpaßerfassung unterzogen werden soll. Ein Detektor C 34 erfaßt die Elektronen 33 mit extrem geringer Energie, die von den unter einem großen Winkel emittierten Elektronen 32 mit der gewünschten Energie erzeugt werden. Der Detektor C 34 ist wie der Elektronendetektor 2 der 1-1 aufgebaut. Zwischen der leitenden Schicht B 31 und der Blende 24 ist ein E × B-Feld 35 für den Detektor C vorgesehen, das die gleiche Funktion hat wie das E × B-Feld 20 für den Detektor A.
Bei der dritten Ausführungsform sind der Detektor B 24 und das E × B-Feld 30 für den Detektor B nicht erforderlich. Auf der der Probe zugewandten Seite der C2-Linse 17 erfolgt keine Bandpaßerfassung, und es ist nicht erforderlich, daß die Dicke der leitenden Schicht A 43 gleich oder kleiner ist als 50000 nm. Der Aufbau auf der der Probe zugewandten Seite der C2-Linse 17 kann der gleiche sein wie bei der zweiten Ausführungsform.
Vierte Ausführungsform
Die 5 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den Gesamtaufbau eines Rasterelektronenmikroskops mit einem Energie-Bandpaß-Elektronendetektor. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die leitende Schicht B 31 ähnlich wie die leitende Schicht A 43 der zweiten Ausführungsform geneigt. Ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform ist zum Erfassen von Elektronen 37 mit extrem geringer Energie, die von den unter einem großen Winkel emittierten Elektronen 36 mit niedriger Energie auf der zur Probe weisenden Seite der leitenden Schicht B 31 erzeugt werden, ein Detektor D 38 vorgesehen.
Bei der vierten Ausführungsform sind der Detektor B 27 und das E × B-Feld 30 für den Detektor B nicht erforderlich. Unter der C2-Linse 17 erfolgt keine Bandpaßerfassung, und es ist nicht erforderlich, daß die Dicke der leitenden Schicht A 43 gleich oder kleiner ist als 50000 nm.
Der Aufbau auf der der Probe zugewandten Seite der C2-Linse 17 kann der gleiche sein wie bei der zweiten Ausführungsform.
Fünfte Ausführungsform
Die 6 zeigt eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den Gesamtaufbau eines Rasterelektronenmikroskops mit einem Energie-Bandpaß-Elektronendetektor. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, um auch die hochenergetischen Elektronen 7 einer Bandpaßerfassung zu unterziehen, zusätzlich zu dem System der ersten Ausführungsform ein weiteres System zur Bandpaßerfassung vorgesehen. Eine leitende Schicht C 39 zur Bandpaßerfassung in der Form einer achsensymmetrischen Kreisscheibe mit einer Öffnung in der Mitte zum Durchlassen des primären Elektronenstrahls 3 ist senkrecht zur optischen Achse des primären Elektronenstrahls 3 zwischen der leitenden Schicht A 43 und der C2-Linse 17 angeordnet. Die Dicke der leitenden Schicht C 39 wird von der Energie der Elektronen bestimmt, die einer Bandpaßerfassung unterzogen werden sollen. Ein Detektor E 41 erfaßt die Elektronen 40 mit extrem geringer Energie, die von den hochenergetischen Elektronen 7 mit der gewünschten Energie erzeugt werden. Der Detektor E 41 ist wie der Elektronendetektor 2 der 1-1 aufgebaut. Zwischen der leitenden Schicht C 39 und der Blende 24 kann ein E × B-Feld 42 für den Detektor E vorgesehen sein, das die gleiche Funktion hat wie das E × B-Feld 20 für den Detektor A.
Sechste Ausführungsform
Die 7 zeigt eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den Gesamtaufbau eines Rasterelektronenmikroskops mit einem Energie-Bandpaß-Elektronendetektor. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, um auch die hochenergetischen Elektronen 7 einer Bandpaßerfassung zu unterziehen, zusätzlich zu dem System der zweiten Ausführungsform ein weiteres System zur Bandpaßerfassung vorgesehen. Eine leitende Schicht C 39 zur Bandpaßerfassung in der Form einer achsensymmetrischen Kreisscheibe mit einer Öffnung in der Mitte zum Durchlassen des primären Elektronenstrahls 3 ist zwischen der leitenden Schicht A 43 und der C2-Linse 17 mit einer Neigung unter einem Winkel zur optischen Achse des primären Elektronenstrahls 3 angeordnet, der gleich oder kleiner ist als 150°. Die Dicke der leitenden Schicht C 39 wird von der Energie der Elektronen bestimmt, die einer Bandpaßerfassung unterzogen werden sollen. Ein Detektor E 41 erfaßt die Elektronen 40 mit extrem geringer Energie, die von den hochenergetischen Elektronen 7 mit der gewünschten Energie erzeugt werden. Der Detektor E 41 ist wie der Elektronendetektor 2 der 1-1 aufgebaut.
Zwischen der leitenden Schicht B 31 (dem E × B-Feld 35 für den Detektor C, falls dieses vorgesehen ist) der in der 4 gezeigten dritten Ausführungsform und der Blende 24 können die Elemente 39, 40, 41 und 42 des Erfassungssystems zum Erfassen der hochenergetischen Elektronen der fünften Ausführungsform angeordnet sein. Es können damit die unter einem großen Winkel emittierten hochenergetischen Elektronen erfaßt werden, die die leitende Schicht B 31 durchlaufen.
Zwischen der leitenden Schicht B 31 der in der 5 gezeigten vierten Ausführungsform und der Blende 24 können auch die Elemente 39, 40 und 41 des Erfassungssystems zum Erfassen der hochenergetischen Elektronen der sechsten Ausführungsform angeordnet sein. Es können damit die unter einem großen Winkel emittierten hochenergetischen Elektronen erfaßt werden, die die leitende Schicht B 31 durchlaufen.
Siebte Ausführungsform
Die 8 zeigt eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den Gesamtaufbau eines Rasterelektronenmikroskops mit einem Energie-Bandpaß-Elektronendetektor.
Bei dem Rasterelektronenmikroskop der 8 sind im Vergleich zur ersten Ausführungsform der 2 die Positionen der Blende 24 und der C2-Linse 17 vertauscht. Diese elektrooptische Linsensäule ist besonders bei der Verwendung einer Elektronenquelle wie einer thermoelektrischen Wolframkanone mit einem großen Durchmesser der Quelle und einem großen Abstrahlungswinkel von Nutzen, wobei die C1-Linse 16 und die C2-Linse 17 zur Verringerung des primären Elektronenstrahls 3 verwendet werden. Der übrige Aufbau ist ähnlich dem der ersten Ausführungsform, und die Energie-Bandpaßerfassung erfolgt wie bei der ersten Ausführungsform. Im vorliegenden Fall ist die leitende Schicht A 43 senkrecht zur optischen Achse des primären Elektronenstrahls 3 zwischen dem E × B-Feld 20 für den Detektor A und der Blende 24 angeordnet. Wie auch bei den Rasterelektronenmikroskopen der zweiten bis sechsten Ausführungsform kann auch hier die Linsensäule wie bei der achten Ausführungsform ausgestaltet sein.
Achte Ausführungsform
Die 9 zeigt eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den Gesamtaufbau eines Rasterelektronenmikroskops mit einem Energie-Bandpaß-Elektronendetektor.
Bei dem Rasterelektronenmikroskop der 9 wird die C2-Linse der in der 8 gezeigten siebten Ausführungsform weggelassen. Das Rasterelektronenmikroskop der achten Ausführungsform ist leicht zu bedienen, da eine Stufe der Kondensorlinsen wegfällt.
Dabei wird in der Regel eine Elektronenquelle vom elektrischen Feldemissionstyp mit einem kleinen Durchmesser der Quelle verwendet, da die Reduktionsrate für den primären Elektronenstrahl 3 im Vergleich zu der siebten Ausführungsform nicht besonders groß ist. Der übrige Aufbau ist ähnlich dem der ersten Ausführungsform, und die Energie-Bandpaßerfassung erfolgt wie bei der ersten Ausführungsform. Im vorliegenden Fall ist die leitende Schicht A 43 senkrecht zur optischen Achse des primären Elektronenstrahls 3 zwischen dem E × B-Feld 20 für den Detektor A und der Blende 24 angeordnet. Wie bei den Rasterelektronenmikroskopen der zweiten bis sechsten Ausführungsform kann auch hier die Linsensäule wie bei der achten Ausführungsform ausgestaltet sein.
Neunte Ausführungsform
Die 10 zeigt eine neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den Aufbau eines Teils eines Rasterelektronenmikroskops mit einem Energie-Bandpaß-Elektronendetektor.
Bei dem Rasterelektronenmikroskop der 10 unterscheidet sich die Objektivlinse von der der ersten Ausführungsform. Die Objektivlinse 44 der neunten Ausführungsform ist vom In-der-Linse-Typ. Bei dieser Anordnung befindet sich die Probe im Feld der Linse. Es ist damit eine Betrachtung mit einer höheren Auflösung möglich als bei einer Objektivlinse vom Halb-in-der-Linse-Typ.
Die Energie-Bandpaßerfassung erfolgt wie bei der ersten Ausführungsform. Auch bei den Rasterelektronenmikroskopen der zweiten bis achten Ausführungsform kann die Objektivlinse vom In-der-Linse-Typ sein.
Zehnte Ausführungsform
Die 11 zeigt eine zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den Aufbau eines Teils eines Rasterelektronenmikroskops mit einem Energie-Bandpaß-Elektronendetektor.
Bei dem Rasterelektronenmikroskop der 11 unterscheidet sich die Objektivlinse von der der ersten Ausführungsform. Die Objektivlinse 45 der zehnten Ausführungsform ist vom Außerhalb-der-Linse-Typ. Bei dieser Anordnung befindet sich die Probe außerhalb des Magnetfelds der Objektivlinse 45, so daß die Betrachtung einer Probe aus einem magnetischen Material und dergleichen möglich ist.
Bei der zehnten Ausführungsform befindet sich die Probe im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsformen nicht in einem Magnetfeld. Die Signalelektronen mit einer Energiebreite von 1 keV bis zur Einstrahlungsenergie des primären Elektronenstrahls, die Gegenstand der Bandpaßerfassung sind, bewegen sich daher geradlinig fort. Bei der zehnten Ausführungsform ist das Bandpaßerfassungssystem daher auf der Probenseite der Objektivlinse vorgesehen. Die Ausgestaltung des zehnten Bandpaßerfassungssystems ist die gleiche wie bei der 1-1.
Die leitende Schicht A 43 in der Form der achsensymmetrischen Kreisscheibe mit einer Öffnung in der Mitte zum Durchlassen des primären Elektronenstrahls 3 ist dabei senkrecht zum optischen System des primären Elektronenstrahls 3 zwischen der Objektivlinse und der Probe 50 angeordnet. Die Energie-Bandpaßerfassung erfolgt wie bei der ersten Ausführungsform. Bei der zehnten Ausführungsform gibt es jedoch keine Elemente im Weg der Signalelektronen zwischen der leitenden Schicht A 43 und der Probe.
Elfte Ausführungsform
Die 12 zeigt eine elfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den Aufbau eines Teils eines Rasterelektronenmikroskops mit einem Energie-Bandpaß-Elektronendetektor.
Bei dem Rasterelektronenmikroskop der 12 unterscheidet sich der Aufbau des Energie-Bandpaß-Elektronendetektors von dem der zehnten Ausführungsform. Bei der Ausgestaltung des Energie-Bandpaß-Elektronendetektors der elften Ausführungsform ist der Aufbau der ersten Ausführungsform vom E × B-Feld 30 für den Detektor B bis zur Beschleunigungselektrode 28 zwischen der Objektivlinse 45 und der Probe 50 angeordnet. Die Energie-Bandpaßerfassung erfolgt wie bei der ersten Ausführungsform.
Zwölfte Ausführungsform
Die 13 zeigt eine zwölfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den Aufbau eines Teils eines Rasterelektronenmikroskops mit einem Energie-Bandpaß-Elektronendetektor.
Bei dem Rasterelektronenmikroskop der 13 unterscheidet sich der Aufbau des Energie-Bandpaß-Elektronendetektors von dem der zehnten Ausführungsform. Bei der Ausgestaltung des Energie-Bandpaß-Elektronendetektors der zwölften Ausführungsform ist der Aufbau der fünften Ausführungsform vom E × B-Feld 42 für den Detektor E bis zur Beschleunigungselektrode 28 zwischen der Objektivlinse 45 und der Probe 50 angeordnet. Die Energie-Bandpaßerfassung erfolgt wie bei der fünften Ausführungsform.
Dreizehnte Ausführungsform
Die 14 zeigt eine dreizehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den Aufbau eines Teils eines Rasterelektronenmikroskops mit einem Energie-Bandpaß-Elektronendetektor.
Das Rasterelektronenmikroskop der 14 unterscheidet sich von der zehnten Ausführungsform durch die Anordnung des Energie-Bandpaß-Elektronendetektors. Bei der dreizehnten Ausführungsform sind die leitende Schicht A 43 und der Detektor C 27 außerhalb der Achse angeordnet. Der Winkel zwischen der Probe und der leitenden Schicht A 43 liegt im Bereich von 0° bis 90°. Der Detektor C 27 befindet sich an einer Stelle, an der der Abstand zwischen dem Detektor C 27 und der Probe größer ist als der Abstand zwischen der Seite der leitenden Schicht A 43, auf die die Signalelektronen auftreffen, und der Probe. Bei dieser Anordnung braucht die leitende Schicht A 43 keine Öffnung in der Mitte aufweisen. Die Energie-Bandpaßerfassung erfolgt wie bei der zehnten Ausführungsform.
Auch bei der elften Ausführungsform und der zwölften Ausführungsform können die Bauelemente des Energie-Bandpaß-Elektronendetektors, die sich zwischen der Objektivlinse 45 und der Probe 50 befinden, wie bei der dreizehnten Ausführungsform außerhalb der Achse angeordnet werden. In diesem Fall brauchen die leitende Schicht A 43 und die leitende Schicht C 39 in der Mitte keine Öffnungen aufweisen. Auch brauchen die leitende Schicht A 43 und die leitende Schicht C 39 nicht parallel zueinander sein. Der Abstand zwischen der Probe 50 und dem Detektor C 27 muß jedoch größer sein als der Abstand zwischen der Probe 50 und der leitenden Schicht A 43, und der Abstand zwischen der Probe 50 und dem Detektor E 41 muß größer sein als der Abstand zwischen der Probe 50 und der leitenden Schicht C 39.
Die 15 zeigt einen Mechanismus zur variablen Energie-Bandpaßerfassung bei dem Rasterelektronenmikroskop der vorliegenden Erfindung.
An einem Halter 47 mit einer linearen Führung sind mehrere leitende Schichten mit unterschiedlichen Dicken angebracht. Der Halter 47 ist senkrecht zum primären Elektronenstrahl 3 angeordnet und kann entlang der linearen Führung (nicht gezeigt) so verschoben werden, daß der primäre Elektronenstrahl 3 durch die Mittelöffnung einer der leitenden Schichten 46 verläuft. Die einzelnen leitenden Schichten haben unterschiedliche Dicken, so daß der Benutzer eine Dicke auswählen kann, die der Energie entspricht, für die eine Bandpaßerfassung durchzuführen ist. Der Detektor zum Erfassen der Elektronen 6 mit extrem geringer Energie, in die die Elektronen 4 mit der gewünschten Energie umgewandelt werden, entspricht dem Detektor der 1-1. Der Mechanismus zur variablen Energie-Bandpaßerfassung kann für die leitende Schicht A 43, die leitende Schicht B 31 und die leitende Schicht C 39 der ersten bis dreizehnten Ausführungsform verwendet werden.
Die 16 zeigt einen anderen Mechanismus zur variablen Energie-Bandpaßerfassung bei dem Rasterelektronenmikroskop der vorliegenden Erfindung.
An einem Halter 48 in der Form einer Kreisscheibe oder eines Fächers sind mehrere leitende Schichten 46 mit unterschiedlichen Dicken angebracht. Der Halter 48 ist senkrecht zum primären Elektronenstrahl 3 angeordnet und kann mit einem Drehmechanismus (nicht gezeigt) so gedreht werden, daß der primäre Elektronenstrahl 3 durch die Mittelöffnung einer der leitenden Schichten 46 verläuft.
Die einzelnen leitenden Schichten haben unterschiedliche Dicken, so daß der Benutzer eine Dicke auswählen kann, die der Energie entspricht, für die eine Bandpaßerfassung vorgesehen ist. Der Detektor zum Erfassen der Elektronen 6 mit extrem geringer Energie, in die die Elektronen 4 mit der gewünschten Energie umgewandelt werden, entspricht dem Detektor der 1-1. Der Mechanismus zur variablen Energie-Bandpaßerfassung kann für die leitende Schicht A 43, die leitende Schicht B 31 und die leitende Schicht C 39 der ersten bis dreizehnten Ausführungsform verwendet werden.
Bei allen beschriebenen Ausführungsformen besteht die Möglichkeit, daß durch den auf die leitende Schicht A 43, die leitende Schicht B 31 und die leitende Schicht C 39 auftreffenden Elektronenstrahl Verunreinigungen abgeschieden werden. Um die Abscheidung von Verunreinigungen einzugrenzen, können die leitenden Schichten auf 200°C oder darunter gehalten werden. Bei allen beschriebenen Ausführungsformen können Einrichtungen zum Verhindern einer Überhitzung der leitenden Schicht vorgesehen werden.
Bei dem oben beschriebenen Rasterelektronenmikroskop mit einer Anzahl von Detektoren kann eine Berechnungseinrichtung zum Erhalten eines Signals aus der Anzahl von Signalen vorgesehen sein, die von den einzelnen Detektoren erhalten werden. Zum Beispiel ist bei der in der 6 gezeigten fünften Ausführungsform das am Detektor B 27 erhaltene Signal ein Signal, das von der Intensität der gewünschten Energie abhängt. Wenn von diesem Signal das am Detektor C 41 erhaltene Signal über die hochenergetischen Elektronen subtrahiert wird, können die Informationen über die hochenergetischen Elektronen subtrahiert werden, auch wenn diese nur in einer kleinen Menge am Detektor B 27 hinzugemischt sind.
Obwohl alle der beschriebenen Ausführungsformen ein Rasterelektronenmikroskop betreffen, ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein Rasterelektronenmikroskop beschränkt. Zum Beispiel kann bei einem Transmissionselektronenmikroskop gleichzeitig mit der Betrachtung der Abbildung für die durchgelassenen Elektronen eine Energie-Bandpaßerfassung hinsichtlich der Elektronen erfolgen, die auf der Elektronenkanonenseite der Probe erzeugt werden, wenn auf der Elektronenkanonenseite der Probe der Detektor der vorliegenden Erfindung angeordnet wird. Wenn bei einem Rastertransmissionselektronenmikroskop der Detektor der vorliegenden Erfindung auf der Elektronenkanonenseite der Probe angeordnet wird, kann gleichzeitig mit der Betrachtung der Rastertransmissions-Elektronenabbildung eine Energie-Bandpaßabbildung der Elektronen erhalten werden, die auf der Elektronenkanonenseite der Probe erzeugt werden.
Vierzehnte Ausführungsform
Die 17 zeigt eine vierzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und den Aufbau eines Teils eines Rasterelektronenmikroskops mit einem Energie-Bandpaß-Elektronendetektor.
Das Rasterelektronenmikroskop der 17 ist ein Niedrigvakuum-Rasterelektronenmikroskop, bei dem das Innere der Probenkammer auf einem Grobvakuum von 10 bis 1000 Pa gehalten wird. Bei dem Niedrigvakuum-Rasterelektronenmikroskop wird das Innere der Probenkammer von einem Vakuumpumpsystem (nicht gezeigt) auf 10 bis 100 Pa gehalten. Die obere Seite der elektrooptischen Linsensäule 13 muß auf einem hohen Vakuum von besser als 0,1 Pa gehalten werden, damit der primäre Elektronenstrahl nicht in einer Grobvakuumatmosphäre gestreut wird. Zwischen der elektrooptischen Linsensäule 13 und der Probenkammer ist zu diesem Zweck eine differentielle Durchlaßöffnung 200 vorgesehen.
Bei dem Rasterelektronenmikroskop der 17 unterscheidet sich der Elektronendetektorabschnitt von dem der Ausführungsformen der 1-1 bis 14. Der Detektor der vorliegenden Ausführungsform umfaßt eine Elektrode 202 zum Erzeugen eines elektrischen Felds, an die eine positive Spannung von 100 bis 500 V angelegt wird, eine Stromversorgung 201 für die Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds und einen Stromverstärker 203, der elektrisch mit der leitenden Schicht 1 verbunden ist. Die Elektrode 202 zum Erzeugen eines elektrischen Felds entspricht der Erfassungsfläche eines Detektors und ist eine Elektrode in Platten- oder Gitterform, die in einem Winkel von 90° zur leitenden Schicht 1 angeordnet ist. Die leitende Schicht 1 wird auf einem Potential gehalten, das unter dem Potential der Elektrode 202 zum Erzeugen eines elektrischen Felds liegt. Im allgemeinen befindet sich die Elektrode 202 zum Erzeugen eines elektrischen Felds auf Massepotential.
Diesen Aufbau weist der Energie-Bandpaß-Elektronendetektor auch bei dem Niedrigvakuum-Rasterelektronenmikroskop auf.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Elektronen 5 mit der gewünschten Energie in der Grobvakuumatmosphäre wie folgt erfaßt.
Die Elektronen 5 mit der gewünschten Energie erzeugen wie die Elektronen bei den obigen Ausführungsformen auf der der Probe 50 gegenüberliegenden Seite der leitenden Schicht 1 die Elektronen 6 mit extrem geringer Energie (von einigen eV). Die Elektronen 6 mit extrem geringer Energie werden von dem durch die Elektrode 202 zum Erzeugen eines elektrischen Felds erzeugten elektrischen Feld in Richtung zur Elektrode 202 beschleunigt. Dabei werden die Elektronen 6 mit extrem geringer Energie an den Gasmolekülen der Grobvakuumatmosphäre gestreut und ionisieren die Gasmoleküle mit konstanter Wahrscheinlichkeit. Die dabei erzeugten Ionen 204 bewegen sich zur leitenden Schicht 1, deren Potential auf einem niedrigeren Wert liegt als die Elektrode 202 zum Erzeugen eines elektrischen Felds. Im Ergebnis fließt im Stromverstärker 203, der mit der leitenden Schicht 1 verbunden ist, ein Verschiebungsstrom, der durch die Bewegung der Elektronen 6 mit extrem geringer Energie und die Bewegung der Ionen 204 verursacht wird. Der Verschiebungsstrom ist proportional zum Ausmaß der Erzeugung der Elektronen 6 mit extrem geringer Energie und damit zum Ausmaß der Erzeugung der Elektronen 5 mit der gewünschten Energie. Durch Verstärken des Verschiebungsstroms im Stromverstärker 203 wird eine Rasterelektronenmikroskopabbildung mit den Elektronen 5 mit der gewünschten Energie als Signalquelle erhalten.
Der Winkel zwischen der leitenden Schicht 1 und der Elektrode 202 zum Erzeugen eines elektrischen Felds ist nicht auf 90° beschränkt. Die Anordnung kann wie bei den Ausführungsformen der 1-2, 1-3 und 1-4 variiert werden. Die Auswirkungen der Variationen sind die gleichen wie oben beschrieben.
Fünfzehnte Ausführungsform
Die 18 zeigt als Abwandlung der Ausführungsform der 17 eine fünfzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsform der 18 ist wie die Ausführungsform der 17 ein Niedrigvakuum-Rasterelektronenmikroskop mit einem Modenausschluß-E × B-Feld 30 und dem Detektor B 27 der in der 11 gezeigten zehnten Ausführungsform und mit einem zusätzlichen Vakuumpumpsystem (nicht gezeigt), das in der Probenkammer ein Grobvakuum erzeugt. Das Rasterelektronenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform umfaßt des weiteren die differentielle Durchlaßöffnung 200, die Stromversorgung 201 für die Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds, die Elektrode 202 zum Erzeugen eines elektrischen Felds und den Stromverstärker 203, der elektrisch mit der leitenden Schicht 1 verbunden ist.
Das Erfassungsprinzip ist das gleiche wie bei der Ausführungsform der 17. Mit dem vorliegenden Aufbau kann die Erfassung in einem dreidimensionalen Winkel vergrößert werden.
Sechzehnte Ausführungsform
Die 19 zeigt als Abwandlung der Ausführungsform der 17 eine sechzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsform der 19 ist wie die Ausführungsform der 17 ein Niedrigvakuum-Rasterelektronenmikroskop mit einem Modenausschluß-E × B-Feld 30 und dem Detektor B 27 der in der 14 gezeigten dreizehnten Ausführungsform und mit einem zusätzlichen Vakuumpumpsystem (nicht gezeigt), das in der Probenkammer ein Grobvakuum erzeugt. Das Rasterelektronenmikroskop der vorliegenden Ausführungsform umfaßt des weiteren die differentielle Durchlaßöffnung 200, die Stromversorgung 201 für die Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds, die Elektrode 202 zum Erzeugen eines elektrischen Felds und den Stromverstärker 203, der elektrisch mit der leitenden Schicht 1 verbunden ist.
Das Erfassungsprinzip ist das gleiche wie bei der Ausführungsform der 17. Mit dem vorliegenden Aufbau kann der Raum über der Probe einen weiteren Detektor aufnehmen.
Bei der vierzehnten bis sechzehnten Ausführungsform der 17 bis 19 kann der Stromverstärker auch mit der Elektrode 202 zum Erzeugen eines elektrischen Felds verbunden werden. Der Wert des erhaltenen Signalstroms bleibt dabei im wesentlichen der gleiche, auch wenn die Polarität des erhaltenen Signals zu der im Fall der Verbindung des Stromverstärkers 203 mit der leitenden Schicht 1 invertiert ist. Dabei ist für den Stromverstärker 203 ein Schwebemechanismus erforderlich. Der dadurch erhaltene Vorteil besteht darin, daß es nicht erforderlich ist, den Stromverstärker 203 immer dann neu anzuschließen, wenn die Dicke der leitenden Schicht geändert wird.
Liste der Bezugszeichen

1 leitende Schicht, 2 Elektronendetektor, 3 primärer Elektronenstrahl, 4 niedrigenergetische Elektronen, 5 Elektronen der gewünschten Energie, 6 Elektronen mit extrem geringer Energie (einige eV), 7 hochenergetische Elektronen, 8 Gitterelektrode, 9 Szintillator, 10 Lichtleiter, 11 Photoelektronenvervielfacher, 12 Beschleunigungselektrode, 13 elektrooptische Linsensäule, 14 Probenkammer, 15 Elektronenquelle, 16 C1-Linse, 17 C2-Linse, 18 zweistufiger Abtastdeflektor, 19 Detektor A, 20 E × B-Feld für den Detektor A, 21 Objektivlinse vom Halb-in-der-Linse-Typ, 23 erster Konvergenzpunkt des primären Elektronenstrahls, 24 Blende, 25 zweiter Konvergenzpunkt des primären Elektronenstrahls, 26 Sekundärelektronen, 27 Detektor B, 28 Abschirmelektrode B, 29 aus den niedrigenergetischen Elektronen entstehende Elektronen mit extrem geringer Energie, 30 E × B-Feld für den Detektor B, 31 leitende Schicht B, 32 unter einem großen Winkel emittierte Elektronen der gewünschten Energie, 33 aus den unter einem großen Winkel emittierten Elektronen der gewünschten Energie entstehende Elektronen mit extrem geringer Energie, 34 Detektor C, 35 E × B-Feld für den Detektor C, 36 unter einem großen Winkel emittierte niedrigenergetische Elektronen, 37 aus den unter einem großen Winkel emittierten niedrigenergetischen Elektronen entstehende Elektronen mit extrem geringer Energie, 38 Detektor D, 39 leitende Schicht C, 40 aus hochenergetischen Elektronen entstehende Elektronen mit extrem geringer Energie, 41 Detektor E, 42 E × B-Feld für den Detektor E, 43 leitende Schicht A, 44 Objektivlinse vom In-der-Linse-Typ, 45 Objektivlinse vom Außerhalb-der-Linse-Typ, 46 mehrere leitende Schichten unterschiedlicher Dicke, 47 Halter für mehrere leitende Schichten unterschiedlicher Dicke, 48 Kreisscheibe oder fächerförmiger Halter für mehrere leitende Schichten unterschiedlicher Dicke, 49 Probenbasis, 50 Probe, 101 Bahn der hochenergetischen Elektronen nach dem Durchlaufen der leitenden Schicht 1, 200 differentielle Durchlaßöffnung, 201 Stromversorgung für Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds, 202 Elektrode zum Erzeugen eines elektrischen Felds, 203 Stromverstärker, 204 Ion.

Claims

Vorrichtung zum Bestrahlen mit geladenen Teilchen, mit einer Quelle (15) für geladene Teilchen, die geladene Primärteilchen (3) als Sonde erzeugt, mit einem optischen System (13) für die geladenen Primärteilchen (3), mit einem Probentisch (49) für die Aufnahme einer Probe (50), mit einem Vakuumpumpsystem, mit einer Blende (24) zum Begrenzen der Sonde, mit einer leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46), und mit einem Detektor (2; 27; 34; 41) zum Erfassen geladener Sekundärteilchen, die durch Auftreffen der als Sonde dienenden geladenen Primärteilchen (3) auf die Probe (50) entstehen, wobei die leitende Schicht (1; 43; 31; 39; 46) an einer Stelle außerhalb der optischen Achse des optischen Systems (13) zwischen dem Probentisch (49) und der Blende (24) angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen der Erfassungsfläche (9) des Detektors (2; 27; 34; 41) für geladene Teilchen und dem Probentisch (49) größer ist als der Abstand zwischen dem Probentisch (49) und der leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46), dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46) und die Erfassungsfläche (9) des Detektors (2; 27; 34; 41) zueinander geneigt sind, und die Dicke der leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46) so bemessen ist, dass die geladenen Sekundärteilchen (6), die an der von der Probe (50) abgewandten Seite der leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46) erzeugt werden, und deren Energien innerhalb eines gewünschten Energiebands liegen, vom Detektor (2; 27; 34; 41) erfasst werden, während Sekundärteilchen (4) mit Energien unterhalb des gewünschten Energiebands die leitende Schicht (1; 43; 31; 39; 46) nicht durchdringen und Sekundärteilchen (7) mit Energien oberhalb des gewünschten Energiebands die leitende Schicht (1; 43; 31; 39; 46) im wesentlichen in gerader Linie durchdringen und nicht auf den geneigt angeordneten Detektor (2; 27; 34; 41) treffen.
Vorrichtung zum Bestrahlen mit geladenen Teilchen nach Anspruch 1, wobei die leitende Schicht (1; 43; 31; 39; 46) mit einer Genauigkeit von ±10° senkrecht zur optischen Achse eines primären Elektronenstrahls (3) angeordnet ist und der Winkel zwischen der leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46) und der Erfassungsfläche (9) des Detektors (2; 27; 34; 41) im Bereich von 30° bis 150° liegt.
Vorrichtung zum Bestrahlen mit geladenen Teilchen nach Anspruch 1, wobei die leitende Schicht (1; 43; 31; 39; 46) unter einem Winkel von 100° bis 150° zur optischen Achse eines primären Elektronenstrahls (3) angeordnet ist und der Winkel zwischen der leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46) und der Erfassungsfläche (9) des Detektors (2; 27; 34; 41) im Bereich von 30° bis 150° liegt.
Vorrichtung zum Bestrahlen mit geladenen Teilchen nach Anspruch 1, wobei die leitende Schicht (1; 43; 31; 39; 46) und der Detektor (2; 27; 34; 41) so angeordnet sind, dass, wenn an der Probe (50) erzeugte Sekundärteilchen (4-7) die leitende Schicht (1; 43; 31; 39; 46) durchlaufen, diejenigen Sekundärteilchen (7) nicht auf die Erfassungsfläche (9) des Detektors (2; 27; 34; 41) auftreffen, bei denen die Winkeländerung ihrer Bahn beim Durchlaufen der leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46) gleich oder kleiner ist als ±10°.
Vorrichtung zum Bestrahlen mit geladenen Teilchen nach Anspruch 1, wobei die Dicke der leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46) im Bereich von 10 bis 50000 nm liegt.
Vorrichtung zum Bestrahlen mit geladenen Teilchen nach Anspruch 1, wobei die leitende Schicht (1; 43; 31; 39; 46) in der Bahn liegt, auf der sich die geladenen Sekundärteilchen (4–7) bewegen, die beim Auftreffen der als Sonde dienenden geladenen Primärteilchen (3) auf die Probe (50) erzeugt werden.
Vorrichtung zum Bestrahlen mit geladenen Teilchen nach Anspruch 1, wobei die als Sonde dienenden geladenen Primärteilchen (3) Elektronen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ein Rasterelektronenmikroskop ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ein Rasterelektronenmikroskop ist und an der optischen Achse eine oder mehrere Kombinationen aus der leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46) und dem Detektor (2; 27; 34; 41) für geladene Teilchen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ein Rasterelektronenmikroskop ist und außerhalb der optischen Achse eine oder mehrere Kombinationen aus der leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46) und dem Detektor (2; 27; 34; 41) für geladene Teilchen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ein Rasterelektronenmikroskop mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen FeIds oder eines Magnetfelds (30; 35; 42) ist, das im Raum zwischen der leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46) und dem Detektor (2; 27; 34; 41) für geladene Teilchen ein geladenes Sekundärteilchen (6), das an der von der Probe (50) abgewandten Seite der leitenden Schicht (1; 43; 31; 39; 46) erzeugt wird, in die Richtung zu dem Detektor (2; 27; 34; 41) für geladene Teilchen leitet.
Vorrichtung zum Bestrahlen mit geladenen Teilchen nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung (47; 48) zum Anordnen von leitenden Schichten (46) mit unterschiedlichen Dicken in der Bahn der geladenen Sekundärteilchen (4–7), die durch Auftreffen der als Sonde dienenden geladenen Primärteilchen (3) auf die Probe (50) erzeugt werden.