DE112011104714T5

DE112011104714T5 - Rasterelektronenmikroskop

Info

Publication number: DE112011104714T5
Application number: DE112011104714T
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Hatano; Yoshihiko Nakayama; Hiroyuki Suzuki
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2013-10-17
Also published as: WO2012095911A1; JP5481401B2; JP2012146582A; US20130284923A1; US8766184B2

Abstract

Bei einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) wird unter Einsatz eines allgemein verfügbaren Absaugsystems wie einer Turbomolekularpumpe, Ionenpumpe, Rotationspumpe oder dergleichen eine Apparatur verwirklicht, mit der eine sehr seltene Zielsubstanz sicher betrachtet oder adsorbiert werden kann. Ferner wird ein sicheres SEM realisiert, bei dem die Gefahr einer elektrischen Entladung gering ist, indem die Vorrichtung mit einer Sonde, einer Einrichtung zum Ersetzen der Atmosphäre in der Probenkammer mit einem vorgewählten Gas und einer Einrichtung zum Aufnehmen eines Bildes durch Erfassen eines Ionenstroms und zum Erfassen eines Adsorptionsstromes ausgestattet ist. Ferner wird eine Einrichtung zum Steuern der Polarität der an der Sonde angelegten Spannung bereitgestellt. Außerdem wird eine Steuereinheit bereitgestellt, die den an die Sonde in Abhängigkeit von dem Vakuumniveau angelegten Spannungswert steuert.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Rasterelektronenmikroskop (Scanning Electron Microscope (SEM)), das geeignet ist, eine partikelförmige Probe, wie beispielsweise ein Pulver, ein Partikel und dergleichen, zu betrachten und zu extrahieren, und insbesondere auf ein Niedrigvakuum-SEM, das mit einer Funktion zum Betrachten eines Absorptionsstrombildes und einer Sonde ausgestattet ist, die so ausgebildet ist, dass die partikelförmige Probe darauf adsorbiert wird.
Stand der Technik
Es ist eine Vorrichtung verfügbar, mit der unter Verwendung einer Sonde mehrere Funktionen ausgeführt werden können. Die Sonde wird für verschiedene Anwendungen eingesetzt; häufig wird die Sonde jedoch typischerweise für die Messung der Volt-Ampere-Charakteristik eines Transistors eingesetzt, der auf einem integrierten Halbleiterschaltkreis ausgebildet ist, oder sie wird verwendet, um zu bewirken, dass ein Fremdstoff auf einer betrachteten Probe an der Sonde adsorbiert wird, um ihn zu entfernen. Die Sonde ist, so wie so oben beschrieben wurde, so ausgeführt, dass sie über einer Probe oder einem Probenhalter unter Verwendung eines vorgegebenen Antriebsmechanismus frei beweglich ist, wobei der Antriebsmechanismus für die Sonde als Ganzes Probersystem genannt wird.
In dem Patentdokument 1 ist beispielsweise eine Untersuchungsvorrichtung offenbart, die unter Verwendung des Probersystems in einem Schritt zur Untersuchung eines Halbleiters mit einem Mechanismus zum Entfernen einer Fremdsubstanz an der Oberfläche eines Wafers oder einer Photomaske ausgestattet ist. Mit Hilfe der in Patentdokument 1 beschriebenen Erfindung wird die Fremdsubstanz mit Hilfe einer zwischen der Fremdsubstanz und der Sonde erzeugten elektrostatischen Kraft an der Sonde adsorbiert, worauf die Sonde, an der die Fremdsubstanz adsorbiert ist, aus dem Oberflächenbereich des Wafers heraus bewegt und dadurch entfernt wird. Das Erfassen der Position der Fremdsubstanz erfolgt unter Verwendung eines Rasterlasermikroskops. Auf diese Weise können Fremdsubstanzen einzeln zuverlässig entfernt werden und es kann so eine Beeinträchtigung der Waferoberfläche verhindert werden.
In dem Patentdokument 2 ist ferner eine Vorrichtung zum Entfernen von Fremdsubstanzen offenbart worden, die mit einem Elektronenmikroskop ausgestattet ist, um eine Fremdsubstanz von einem Halbleiterwafer bzw. einer Matrize zu entfernen. Die in Patentdokument 2 offenbarte Vorrichtung zum Entfernen von Fremdsubstanzen ist mit einem als Sonde dienenden Cantilever eines Rasterkraftmikroskops (AFM) ausgestattet, wobei eine Fremdsubstanz an der Sonde durch eine Scherkraft adsorbiert wird, die auftritt, wenn der Cantilever mit einer Fremdsubstanz in Kontakt gebracht wird, die sich in einem funktionellen Bereich (einem als Schaltkreis wirkenden Bereich) auf einer Probe befindet; die Fremdsubstanz wird mit einem Laserstrahl bestrahlt, oder einem gebündelten Ionenstrahl außerhalb des funktionellen Bereichs, nachdem die Fremdsubstanz aus dem funktionellen Bereich heraus gebracht wurde, wodurch sie fest fixiert oder entfernt wird. Zum Erfassen der Position der Fremdsubstanz wird ein SEM oder ein optisches Mikroskop verwendet; wenn die Größe der Fremdsubstanz im Nanometerbereich liegt, wird das SEM eingesetzt, wohingegen das optische Mikroskop verwendet wird, wenn die Größe der Fremdsubstanz im Mikrometerbereich liegt. Da die Bindungsstärke aufgrund der Scherkraft größer ist als die elektrostatische Adsorption kann sogar eine Fremdsubstanz sicher entfernt werden, die fest auf der Probe fixiert ist.
Liste der Referenzen
Patentliteratur
Patentdokument 1: Veröffentlichung der ungeprüften Japanischen Patentanmeldung Nr. Hei8(1996)-254817 (US Patent Nr. 5634230) Patentdokument 2: Veröffentlichung der ungeprüften Japanischen Patentanmeldung Nr. 2005-311320
Kurzbeschreibung der Erfindung
Technische Problemstellung
Das Untersuchungssystem wird für verschiedene Zwecke eingesetzt, wie beispielsweise dazu, dass eine Zielsubstanz wie oben beschrieben adsorbiert wird, oder zum Beobachten einer Zielsubstanz in einem an einer Sonde adsorbierten Zustand und dergleichen; das Erfordernis eines Schrittes, bei dem die Position der Zielsubstanz mit einem beliebigen Verfahren erfasst wird, um dadurch die Zielsubstanz an der Sonde zu adsorbieren, ist den verschiedenen Zielsetzungen jedoch gemeinsam.
Wenn das SEM zum Erfassen der Position einer Zielsubstanz eingesetzt wird, ist es erforderlich, die zu betrachtende Probe in ein Hochvakuum einzubringen, sodass die Probe demnach in eine Vakuumprobenkammer eingeführt werden muss. Das Vakuumniveau innerhalb der Probenkammer hängt von der Größe der Probenkammer und der Leistungsfähigkeit des Absaugsystems (einer Vakuumpumpe) ab, wobei das Vakuumniveau im Falle eines herkömmlichen SEMs innerhalb der Probenkammer zur Betrachtung in der Größenordnung von 10^–4 Pa liegt. In diesem Zusammenhang kann es möglich sein, dass die Adsorption der Zielsubstanz an der Sonde aufgrund der Eigenschaften oder der Seltenheit der Zielsubstanz und dergleichen unter möglichst vollständigem Ausschluss einer Verschmutzung durch Luft erfolgen sollte. Um das Restgas nahezu vollständig aus der Probenkammer zu entfernen, ist es erforderlich, das Vakuumniveau innerhalb der Kammer zur Betrachtung der Probe auf ein sehr hohes Niveau zu bringen. Das Vakuumniveau im Weltraum liegt beispielsweise in der Größenordnung von 10^–8 bis 10^–11 Pa, d. h. weit über dem Vakuumniveau in der Kammer zur Betrachtung der Probe für die Verwendung in einem herkömmlichen SEM.
Das in der Probenkammer erreichte Vakuumniveau hängt von der Leistungsfähigkeit des Absaugsystems und dem Volumen der Probenkammer ab. Zum Einbringen des Probersystems in die Probenkammer muss die Probenkammer jedoch Abmessungen in bestimmten Größenordnungen haben, sodass eine extrem leistungsfähige und kostenintensive Absaugeinrichtung oder ein extrem leistungsfähiges und kostenintensives Absaugsystem erforderlich ist, wenn das Restgas nahezu vollständig aus der Probenkammer entfernt werden soll.
Zur Realisierung der Adsorption der Zielsubstanz an der Sonde unter Ausschluss von Verschmutzung durch Luft unter Verwendung eines kostengünstigen Absaugsystems, sollte es genügen, die Atmosphäre in der Probenkammer durch ein Inertgas zu ersetzen, wie z. B. Stickstoff, Argon, usw.. Bei einem herkömmlichen SEM, bei dem Sekundärelektronen erfasst und die Sekundärelektronen dann in ein Bild umgewandelt werden, besteht jedoch die Gefahr, dass eine elektrische Entladung auftritt, da an die Spitze eines als Sekundärelektronendetektor verwendeten Szintillators Hochspannung angelegt wird. Wenn die elektrostatische Adsorption als Verfahren zur Adsorption der Zielsubstanz angewandt wird, wird eine Spannung an die Sonde angelegt, sodass in ähnlicher Weise die Gefahr einer elektrischen Entladung besteht.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu realisieren, mit der die Betrachtung oder die Adsorption einer Zielsubstanz in einem Elektronenmikroskop unter Verwendung eines allgemein verfügbaren Absaugsystems wie einer Turbomolekularpumpe, Ionenpumpe, Rotationspumpe oder dergleichen sicher durchgeführt werden kann.
Lösung der Problemstellung
Zur Lösung des oben beschriebenen Problems wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zum Ersetzen der Atmosphäre in einer eine Zielsubstanz enthaltenden Probenkammer mit einem vorgegebenen Gas angegeben, und zum Aufnehmen eines Bildes der Probe in einer Niedrigvakuumatmosphäre wird ein Abbildungssystem unter Detektion eines Ionenstroms und eines Absorptionsstroms verwendet. Als Verfahren zur Adsorption einer Zielsubstanz kann entweder ein Verfahren unter Verwendung elektrostatischer Adsorption oder ein Verfahren unter Verwendung von Scherkräften eingesetzt werden. Hierdurch ist die Betrachtung der Zielsubstanz in einem SEM möglich, bei dem ein handelsübliches Absaugsystem verwendet wird.
Wenn die Zielsubstanz ferner selten oder anfällig oder ähnliches ist, wird zudem vorzugsweise ein elektrostatisches Adsorptionsverfahren durchgeführt, bei dem es sich um eine Adsorptionsmethode handelt, die schonend adsorbieren kann. Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Rasterelektronenmikroskop zu realisieren, das zur Verwirklichung einer sicheren Adsorption der Zielsubstanz auch dann imstande ist, wenn die elektrostatische Adsorptionsmethode angewandt wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Es ist durch die vorliegende Erfindung möglich, ein kostengünstiges Rasterelektronenmikroskop anzugeben, mit dem eine Zielsubstanz betrachtet und adsorbiert werden kann, ohne dass die Gefahr einer elektrischen Entladung besteht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm eines elektrostatischen Adsorptionsmechanismus mittels einer Sonde in einem Niedrigvakuum-Rasterelektronenmikroskop;
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur elektrostatischen Adsorption eines Partikels an einer Sonde angibt;
3 ist eine schematische Darstellung, die die Anordnung von zwei Sondenspitzenabschnitten auf einem SEM-Bildschirm zeigt;
4 ist ein Blockdiagramm, das Elemente eines auf einem Tisch angebrachten Störungsverhinderungsmechanismus bzw. einen Probermechanismus darstellt;
5 ist eine schematische Darstellung, die den Störungsverhinderungsmechanismus gemäß 4 in einem aktivierten Zustand zeigt;
6 ist ein Funktionsdiagramm, das den Störungsverhinderungsmechanismus im Detail zeigt;
7 ist ein Blockdiagramm eines Steuermechanismus zur automatischen Steuerung einer an die Sondenspitzen angelegten Spannung und des Vakuumniveaus;
8 ist eine schematische Darstellung des SEM-Bildschirms, die einen Vorgang zeigt, bei dem ein Partikel, das an der Seite einer Sonde 19 und nicht an ihrer Spitze adsorbiert ist, unter Verwendung einer anderen Sonde bewegt wird; und
9 ist eine Draufsicht auf die Anordnung einer Probenkammer, bei der zwei Proberabschnitte vorgesehen sind.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen Ausführungsformen des Rasterelektronenmikroskops gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 zeigt ein allgemeines Blockdiagramm eines Rasterelektronenmikroskops (eines SEM) gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung. Das SEM gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung weist im Wesentlichen eine Probenkammer 1 zum Einbringen einer Probe als Zielsubstanz zur Betrachtung oder Adsorption, eine elektronen-optische Röhre 2, die oberhalb der Probenkammer 1 angeordnet ist, zum Bestrahlen der Probe mit einem primären Elektronenstrahl, ein Detektionssystem zum Erfassen eines in einem Gas verstärkten Ionenstroms, der in ein Bildsignal umgewandelt werden soll, ein Absaugsystem, um die Probenkammer 1 unter Vakuum zu bringen, ein Zufuhrsystem zum Zuführen eines Austauschgases in die Probenkammer 1, ein Steuersystem zur Steuerung des gesamten Vorrichtungsbetriebs, usw. auf.
Innerhalb der Probenkammer 1 sind ein Probenhalter 4 mit der darauf platzierten Zielsubstanz, ein Tisch 5 zum Verfahren des Probenhalters 4 und eine Probereinheit 7 zum Haltern einer Sonde zur Adsorption der Zielsubstanz vorgesehen. Die Oberfläche des Probenhalters gemäß der vorliegenden Ausführungsform zum Platzieren der Probe ist aus einem elektrisch leitfähigen Material gefertigt, wobei die Funktion des Probenhalters wie nachstehend beschrieben darin besteht, einen Ionenstrom zu erfassen. Die Probereinheit 7 ist so auf einer Probergrundplatte 10 angeordnet, dass sie über der Probergrundplatte 10 in einer axialen Richtung bewegbar ist. Ein Probermechanismussystem 14 besteht aus der Probereinheit 7 und der Probergrundplatte 10. Ein Störungsverhinderungsmechanismus 6 ist auf den entsprechenden Seiten des Tisches 5 und der Probergrundplatte 10, die sich gegenüberliegen, angeordnet, wobei dessen detaillierte Beschreibung nachstehend folgt. Die Probenkammer zur Betrachtung 1 ist ferner mit einer Infrarotkamera 9 ausgestattet, wobei die Infrarotkamera 9 über ein Kabel mit einem Monitor 12 für die Infrarotkamera verbunden ist. Ein von der Infrarotkamera 9 aufgenommenes Bild wird verwendet, um den Kontaktstatus zwischen der Sonde und der Zielsubstanz zu bestätigen.
Die elektronen-optische Röhre 2 ist mit einer Steuereinrichtung für das Bestrahlen mit einem primären Elektronenstrahl sowie einer Elektronenkanone, einer Sammellinse, einer Objektivlinse oder auch einer Rasterablenkung ausgestattet, wobei die Steuereinrichtung bewirkt, dass der primäre Elektronenstrahl die Zielsubstanz auf dem Probenhalter gemäß einer gewünschten Rasterbedingung abrastert. An einem Ende der elektronen-optischen Röhre 2 ist benachbart zur Zielsubstanz eine ESED Elektrode 3 vorgesehen, wobei die ESED Elektrode 3 verwendet wird, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, damit Ionen, die durch Kollision von durch die Bestrahlung mit dem primären Elektronenstrahl emittierten Sekundärelektronen mit Gasmolekülen in der Umgebung gebildet wurden, in Richtung Probenhalter driften. Die in Richtung Probenhalter getriebenen Ionen werden von dem Probenhalter 4 gesammelt, um als Ionenstrom nachgewiesen zu werden. Innerhalb der elektronen-optischen Röhre 2 ist ferner eine Öffnung 42 vorgesehen, wodurch zwischen der elektronenoptischen Röhre 2 und Probenkammer 1 differentielles Pumpen erfolgt.
Das Nachweissystem ist aus dem Probenhalter 4, der mit einer Ionenstromerfassungsfunktion ausgestattet ist, einem ersten Verstärker 8 zum Verstärken eines erfassten Stroms von dem Probenhalter 4, einem verfahrbaren Rückstreuelektronendetektor 37 (Back-Scattering Electron (BSE)-Detektor), einem zweiten Verstärker 38 zum Verstärken eines erfassten Stroms von dem verfahrbaren Rückstreuelektronendetektor 37 und dergleichen aufgebaut. Ein Ausgangssignal des ersten Verstärkers 8 oder des zweiten Verstärkers 38 wird auf dem Monitor 13 dargestellt.
Das Absaugsystem ist aus einer ersten Turbomolekularpumpe 39, um die Probenkammer 1 zu evakuieren, einer zweiten Turbomolekularpumpe 41, um die elektronen-optische Röhre 2 zu evakuieren, einer ersten Rotationspumpe 40, die mit der ersten Turbomolekularpumpe 39 bzw. der zweiten Turbomolekularpumpe 41 verbunden ist, sodass sie als Ersatzpumpe für beide Pumpen fungieren kann, einer zweiten Rotationspumpe 44, um die Probenkammer 1 grob zu evakuieren, einem ersten Ventil 43 zum Öffnen/Schließen eines Absaugpfades zwischen der ersten Turbomolekularpumpe 39 und der Probenkammer 1, einem zweiten Ventil 45 zum Öffnen/Schließen eines Absaugpfades zwischen der zweiten Rotationspumpe 44 und der Probenkammer 1 usw. aufgebaut.
Das Versorgungssystem ist mit einer Gaszufuhrleitung 36 zum Zuführen des Austauschgases in die Probenkammer 1 ausgestattet. Die Gaszufuhrleitung 36 ist mit einer (nicht dargestellten) Gasversorgungsquelle eines gewünschten Austauschgases verbunden. Ferner ist die Gaszufuhrleitung 36 mit einem Nadelventil 11 zum Steuern der Flussrate eines in die Probenkammer 1 zugeführten Gases ausgestattet, wobei das Nadelventil 11 von einer Steuerung 31 gesteuert wird.
Das Steuersystem ist aus einer Stromversorgung 15 für die Probereinheit zur Bereitstellung eines Proberantriebsstroms, der die Probereinheit 7 speisen soll, der Steuerung 31 zum Steuern des Nadelventils 11 und der Stromversorgung 15 für die Probereinheit und einem Bedienungs-PC 16 zum Einstellen der Betriebsbedingungen der Apparatur usw. aufgebaut. Die Steuerung 31 ist so aufgebaut, dass sie einen Digital-zu-Analog-Wandler (DAC) umfasst, um die jeweiligen digitalen Steuersignale eines Prozessors und eines Speichers oder die digitalen Steuersignale des Prozessors oder eines Steuer-PCs in analoge Signale zum Steuern des Nadelventils 11 bzw. der Stromversorgung 15 der Probereinheit umzuwandeln. Der Bedingungs-PC 16 ist mit einer Eingabeeinrichtung (nicht dargestellt) ausgestattet, wobei eine Zeigeeinrichtung wie eine Maus und dergleichen, eine Tastatur und dergleichen eingeschlossen sind, wobei der Bedingungs-PC 16 die Betriebsbedingung der Vorrichtung über ein auf dem Monitor 13 dargestelltes GUI festlegen kann. Die Steuerung 31, die Energieversorgung 15 für die Probereinheit, das Nadelventil 11 und der Bedingungs-PC 16 sind jeweils über ein Kabel miteinander verbunden; ein Signal wird von dem Bedingungs-PC 16 zur Steuerung 31 gesendet, woraufhin die Energieversorgung 15 für die Probereinheit und das Nadelventil 11 gesteuert werden.
2 ist ein Flussdiagramm, das eine Reihe von Arbeitsgängen bis zur elektrostatischen Adsorption der Zielsubstanz in dem SEM gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. In der folgenden Beschreibung wird ein auf einem geeigneten Grundmaterial platziertes Partikel beispielhaft als Zielsubstanz beschrieben; selbstverständlich ist jedoch die Zielsubstanz nicht darauf beschränkt.
In Schritt 1 wird ein Probermechanismus in der Probenkammer des Niedrigvakuum-SEMs angebracht. Bei der Installation des Probermechanismus wird zunächst eine Sonde an der Probereinheit 7 angebracht, dann wird die Probereinheit 7 an der Probergrundplatte 10 montiert. Gleichzeitig wird die Infrarotkamera 9 an der Probenkammer 1 angebracht. Die Einbaulage der Infrarotkamera 9 ist eine solche Position in der Probenkammer 1, dass die Bestrahlungsposition des primären Elektronenstrahls in etwa dem Zentrum des Sichtfelds eines Infrarotbildes entspricht. Eine erste Vorbereitung ist somit abgeschlossen.
In Schritt 2 wird eine zu betrachtende Probe in die Probenkammer eingebracht; die Probenkammer wird evakuiert. Wenn das Vakuumniveau innerhalb der Probenkammer laut einer Messung mit einem Vakuummessgerät die Größenordnung von 10^–4 Pa erreicht hat, ist eine Betrachtung möglich und zu diesem Zeitpunkt wird das Nadelventil 11 geöffnet, wonach ein Gas (beispielsweise Sickstoff) über die Gaszufuhrleitung 36 in die Probenkammer einströmen kann. Das Nadelventil 11 wird von der Steuerung 31 gesteuert, wobei eine Feinabstimmung so durchgeführt wird, dass das Vakuumniveau in der Probenkammer 1 mit einem Sollwert (ein Wert im Bereich von 100 bis 1000 Pa) übereinstimmt. Der in der Probenkammer 1 erreichte Sollwert des Vakuumniveaus kann mit Hilfe des auf dem Monitor 13 dargestellten GUI und dem Bedienungs-PC 16 festgelegt werden. Nach Erreichen des festgelegten Vakuumniveaus wird der Probenhalter 4 in die Probenkammer eingebracht. Der Tisch 5 wird so bewegt, dass eine ursprüngliche Position des Probenhalters 4 einer Position entspricht, in der sich das Zentrum des Probenhalters unmittelbar unter der elektronen-optischen Röhre 2 befindet. Um eine Verunreinigung durch Luft auszuschließen, wird der Probenhalter 4 mit Gas gefüllt aufbewahrt, wobei der Probenhalter 4 gleichzeitig oben mit einem Spezialdeckel abgedeckt ist; der Deckel wird nach dem Einbringen des Probenhalters 4 in die Probenkammer entfernt. Mit diesem Verfahren zum Einbringen des Probenhalters in die Probenkammer ist es möglich, eine atmosphärische Kontamination des Probenhalters 4 vor dem Einführen in die Probenkammer zu vermeiden.
In Schritt 3 erfolgt eine Grobeinstellung der Position der an der Probereinheit 7 angebrachten Sonde in drei axialen Richtungen XYZ. Diese Bewegung wird manuell ausgeführt; es ich jedoch auch möglich, die Bewegung durch Verwendung eines Motors zu automatisieren. Die Justierung der Position der Sonde in der XY-Ebene erfolgt unter Verwendung des Bedienungs-PCs 16, der von einem Benutzer der Vorrichtung in einer Weise bedient wird, dass die Sonde in das Sichtfeld eines von der Infrarotkamera 9 aufgenommenen Bildes kommt, während das von der Infrarotkamera 9 aufgenommene Bild beobachtet wird. Das von der Infrarotkamera 9 aufgenommene Bild wird auf dem Monitor 12 für die Infrarotkamera dargestellt.
Beim Annähern des Probenhalters 4 an die Probereinheit 7 wird die Höhe des Tisches 5 so justiert, dass die Sonde der Probereinheit 7 der Oberfläche des Probenhalters 4 so nah wie möglich kommt. Da die Feinjustierung der Höhe des Tisches 5 in der Z-Richtung auf der Basis des auf dem Monitor 13 dargestellten SEM-Bildes erfolgt, ist die in Schritt 3 ausgeführte Höhenjustierung lediglich eine Grobjustierung. Dadurch soll verhindert werden, dass die Sonde mit dem Probenhalter kollidiert und infolgedessen beschädigt wird. Um in diesem Fall zu verhindern, dass die Sonde mit dem Probenhalter 4 in Konflikt gerät und dadurch beschädigt wird, werden der Verfahrweg der Probereinheit 7 in der Z-Richtung und die Entfernung (Höhe) der Probenoberfläche berechnet, wobei die Steuerung 31 den maximal zurückgelegten Verfahrweg des Probermechanismus in Schritt 3 auf einen Abstand beschränkt, bei dem die Sonde nicht mit der Probe in Kontakt kommt.
In Schritt 4 wird eine Justierung der Position der Sonde in Richtung des Zentrums des SEM-Bildes vorgenommen. Der Grund hierfür besteht darin, dass bei der Erfassung der Sonde unter Verwendung des in Schritt 3 aufgenommenen Infrarotbildes nur eine grobe Erfassung erfolgt und sich die jeweiligen Spitzen mehrerer Sonden nicht im Zentrum des Sichtfeldes auf dem SEM-Bild befinden. Da die Sonde mit einer Genauigkeit von Mikrometern verfahrbar ist, treten bei der Erfassung der Sonden in Richtung Zentrum keine Schwierigkeiten auf. Bei diesem Vorgang führt der Anwender der Vorrichtung eine manuelle Bedienung aus; eine automatische Bedienung unter Verwendung der Steuerung 31 ist jedoch ebenfalls möglich.
Wenn bestätigt werden kann, dass sich die Probereinheit 7 und der Probenhalter 4 innerhalb des von der Infrarotkamera 9 aufgenommenen Bildes annähern, wird die Probe mit einem Elektronenstrahl bestrahlt, wodurch auf dem Monitor 13 ein SEM-Bild dargestellt wird. Da sich der Probenhalter in diesem Fall unter Niedrigvakuum befindet, kann ein herkömmlicher Sekundärelektronendetektor, an dem Hochspannung anliegt, wegen der Gefahr einer elektrischen Entladung nicht eingesetzt werden. Demgemäß wird ein Ionenstrombild, aus dem ein Bild ähnlich einem Sekundärelektronenbild erhalten werden kann, aufgenommen, das als Bild auf dem Monitor 13 dargestellt werden soll. Der den Sekundärelektronen zuordenbare Ionenstrom wird von dem Probenhalter 4 detektiert und vor der Darstellung auf dem Monitor 13 vom dem Verstärker 8 verstärkt.
In 3 ist ein Beispiel eines SEM-Bildes in einem Zustand gezeigt, bei dem zwei Sondenabschnitte in das Sichtfeld gekommen sind. Bei einem Absorptionsvorgang eines Partikels werden vorzugsweise mehrere Sonden verwendet, wobei zumindest zwei Sondenabschnitte verwendet werden. Wenn beispielsweise ein Partikel 30 an einer Stelle einer Sonde 19 abweichend von ihrer Spitze wie in 8 dargestellt adsorbiert wird, ist eine reibungslose Überführung des Partikels 30 behindert. Wenn mehrere Sondenabschnitte (wie beispielsweise zwei Abschnitte) verfügbar sind, kann das Partikel unter Verwendung der anderen Sonde 18 bewegt werden. Demnach sind vorzugsweise mehrere Sonden vorhanden.
Das Probermechanismussystem 14 ist über ein Kabel mit einer spezialisierten Stromversorgung (Stromversorgung 15 der Probereinheit) verbunden, und das Probermechanismussystem 14 kann unter Verwendung des Bedienungs-PCs 16 bedient werden. Eine Bedienperson bewegt die Probereinheit 7 so, dass die Sonde wie in 3 dargestellt in das Zentrum des Sichtfeldes auf dem SEM-Bild gelangt. In dem in 3 dargestellten Fall von zwei Sondenabschnitten wird die Justierung so durchgeführt, dass verhindert wird, dass die Spitze 18 der Sonde auf dem SEM-Bildschirm 17 mit der Spitze 19 der anderen Sonde in Konflikt gerät.
In Schritt 5 erfolgt die Feinjustierung der Höhe der Sonde. Die Bedienperson der Vorrichtung führt den Vorgang durch manuelle Bedienung aus, wobei dieser Vorgang der Feinjustierung dient. In Schritt 5 wird die Sonde schwebend gehalten, wodurch sie innerhalb eines Arbeitsabstandes (Working Distance, WD) auf dem SEM-Bild fokussiert wird, wobei gleichzeitig verhindert wird, dass die Sonde mit der Probe in Kontakt kommt.
In Schritt 6 wird der Tisch bewegt, um ein Zielpartikel zu suchen. Die Sonde wird immer im Zentrum des Bildes gehalten, indem der Tisch und nicht eine an die Probereinheit 7 angrenzende Seite bewegt wird, sodass die Adsorption im Sichtfeld des SEM-Bildes immer in der Mittelstellung (d. h. der Mittelstellung der optischen Achse) ausgeführt werden kann.
In diesem Zusammenhang wirft eine Störung zwischen Probereinheit 7 und Probenhalter 4 (oder Tisch 5), die auftritt, wenn der Tisch 5 bewegt wird, d. h. eine Kollision, ein Problem auf. Um dieses Problem zu vermeiden, wird der maximale Verfahrweg gewöhnlich auf einen Bereich beschränkt, in dem zwischen Probereinheit 7 und Probenhalter 4 keine Störung auftreten kann. Wenn sich ein Partikel jenseits des maximalen Verfahrwegs befindet, ist es schwierig, das Partikel zu finden. Daher wird der Störungsverhinderungsmechanismus 6 (dargestellt in 1) an dem Tisch 5 bzw. der Probereinheit 7 angebracht.
Die 4 und 5 zeigen jeweils Details und die Arbeitsweise des Störungsverhinderungsmechanismus 6. Der Störungsverhinderungsmechanismus 6 ist aus zwei Komponenten zusammengesetzt, nämlich aus einem an der Grundplatte des Probers 10 angebrachten Störungsverhinderungselement 21 auf der Seite der Probereinheit und einem an dem Tisch 5 angebrachten Störungsverhinderungselement 22 auf der Seite des Tisches. Das Störungsverhinderungselement 21 auf der Seite der Probereinheit ist auf der Grundplatte des Probers 10 verfahrbar und die Probereinheit 7 ist an dem Störungsverhinderungselement 21 auf der Seite der Probereinheit angeordnet. Wenn nun der Tisch 4 in Richtung des in 4 dargestellten Pfeils (nach links in der Richtung parallel zur Ebene der Figur) bewegt wird, steht ein Vorderseitenelement 23 des Störungsverhinderungselements 22 auf der Seite des Tisches von der Außenseite des Tisches 5 hervor, sodass das Vorderseitenelement 23 auf das Probermechanismussystem 14 einwirkt, bevor der Tisch 5 mit dem Probermechanismussystem 14 in Konflikt gerät. Zu diesem Zeitpunkt wechselwirkt das Vorderseitenelement 23 mit dem Störungsverhinderungselement 21 auf der Seite der Probereinheit, wodurch das Störungsverhinderungselement 21 auf der Seite der Probereinheit durch das Vorderseitenelement 23 verschoben wird, sodass es auf der Grundplatte des Probers 10 rückwärts bewegt wird (nach links in der Richtung parallel zur Ebene der Figur).
5 zeigt einen Zustand des Störungsverhinderungselements 21 auf der Seite der Probereinheit, bei dem es durch das Vorderseitenelement 23 verschoben wird, wodurch es auf der Probergrundplatte 10 rückwärts bewegt wird. Die Probereinheit 7, die fest an dem Störungsverhinderungselement 21 auf der Seite der Probereinheit angebracht ist, wird auf Grund der Bewegung des Störungsverhinderungselements 21 auf der Seite der Probereinheit ebenfalls gleichzeitig bewegt, wodurch ein Konflikt zwischen Tisch 5 und Probereinheit 7 vermieden werden kann.
6 zeigt Einzelheiten des Störungsverhinderungselements 21 auf der Seite der Probereinheit. Es ist eine Basis (ein unteres Schiebegrundelement 24) vorgesehen, die als Schiene dient, sodass das Störungsverhinderungselement 21 auf der Seite der Probereinheit so gleiten kann, dass es auf der Probergrundplatte 10 verfahrbar ist; oben auf dem unteren Schiebegrundelement 24 ist ein oberen Schiebegrundelement 25 vorgesehen. Das obere Schiebegrundelement 25 weist eine Rille auf, die entlang der Form der Schiene ausgebildet ist, wobei die Rille der Schiene angepasst ist, wodurch das untere Schiebegrundelement 24 mit dem oberen Schiebegrundelement 25 zusammengefügt wird.
Das obere Schiebegrundelement 25 ist ferner mit einer Stange 28, um die eine Feder 27 gewunden ist, und einer Haltestange 26 zum Befestigen der Stange 28 an dem oberen Schiebegrundelement 25 verstehen, wie in 6 auf der rechten Seite dargestellt ist. Wenn das Vorderseitenelement 23 mit dem oberen Schiebegrundelement 25 kollidiert, wird das obere Schiebegrundelement 25 auf der als Führung dienenden Schiene des unteren Schiebegrundelements zurückgeschoben. Wenn der Tisch stehen bleibt, bleibt das Vorderseitenelement 23 ebenfalls stehen, wodurch das obere Schiebegrundelement 25 aufgrund des Gleichgewichts zwischen der Schubkraft des Vorderseitenelements 23 und der Rückstellkraft der Feder 27 festgehalten wird. In Bezug auf die Feder 27 wird eine Feder mit einer geeigneten Federkonstante so gewählt, dass die Rückstellkraft in etwa der Größenordnung der Schubkraft des Vorderseitenelements 23 entspricht.
Wenn der Tisch 5 in der Rückwärtsrichtung bewegt wird, wird das Vorderseitenelement 23 von dem oberen Schiebegrundelement weg bewegt, wodurch das obere Schiebegrundelement 25 auf der Schiene in der umgekehrten Richtung bewegt wird und dadurch mittels der Rückstellkraft der Feder 27 in die ursprüngliche Position zurückkehrt. Der maximale Abstand, bei dem eine Störung verhindert werden kann, hängt von der Länge des Vorderseitenelements 23 und dem Abstand zwischen dem oberen Schiebegrundelement 25 und der Haltestange 26 ab. Der maximale Abstand wird so festgelegt, dass der Verfahrweg des Tisches 5 den gesamten Bereich des Probenhalters 4 abdecken kann. Durch die Verwendung eines oben beschriebenen Mechanismus kann der Verfahrweg des Tisches 5 den gesamten Bereich des Probenhalters 4 abdecken, ohne dass es zwischen Tisch 5 und Probereinheit 7 zum Konflikt kommt.
Sobald als Ergebnis der Tischbewegung ein Zielpartikel gefunden wurde, wird eine Spannung an die Sonde angelegt, wodurch die Sonde mit der Zielsubstanz in Kontakt gebracht wird (Schritt 7). In diesem Fall wird das Zielpartikel in Richtung des Zentrums des SEM-Bildes bewegt, und nachfolgend wird die Spannung an die Sonde angelegt, um dadurch die Sonde in die Nähe des Partikels zu bewegen. Anstelle der Sonde kann der Tisch 5 in Z-Richtung bewegt werden, um die Sonde mit der Zielsubstanz in Kontakt zu bringen. Wenn die Sonde bewegt wird, wird das SEM-Bild übrigens auf Seiten des Mechanismus benachbart zu dem Zielpartikel fokussiert, wohingegen das SEM-Bild auf Seiten des Mechanismus benachbart zu der Sonde fokussiert wird, wenn der Tisch bewegt wird, wobei die jeweiligen Bewegungen so durchgeführt werden, dass die SEM-Bilder jeweils in die Brennweite fallen.
Im Folgenden wird nun die Steuerung der Polarität der an die Sonde angelegten Spannung zu dem Zeitpunkt beschrieben, bei dem das Zielpartikel elektrostatisch absorbiert werden soll. Wenn ein Zielpartikel durch Anwendung elektrostatischer Kraft adsorbiert werden soll, tritt, wenn die an die Sonde angelegte Spannung bezüglich ihrer Polarität mit der elektrischen Ladung der Zielsubstanz übereinstimmt, anstelle einer Adsorptionskraft eine Abstoßungskraft auf, und demnach findet keine Adsorption statt. Demgemäß ist es erforderlich, die Polarität der an die Sonde angelegten Spannung entgegengesetzt zu dem Ladungszustand des Partikels 30 zu steuern. Daher ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Stromversorgung 15 für die Probereinheit mit einem Polaritätsumschalter ausgestattet, wodurch die Polarität der Spannung geändert werden kann, die an die Sonde entgegengesetzt zu dem Ladungszustand des Partikels 30 angelegt wird.
7 zeigt Einzelheiten zur Steuerung der an die Sondenspitze angelegten Spannung. Der von der Stromversorgung 15 der Probereinheit an die Sonde 20 angelegte Spannungswert wird von der Steuerung 31 gesteuert. Die Stromversorgung 15 der Probereinheit ist indes mit einem Umschalter 29 ausgestattet, sodass die an die Sonde 20 angelegte Spannung in Abhängigkeit von einem Steuersignal der Steuerung 31 in der Polarität zwischen plus/minus umgeschaltet werden kann. Da das Umschalten der Polarität zwischen plus/minus durch manuelle Bedienung einer Bedienperson der Vorrichtung ausgeführt wird, wird im Falle eines SEM gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Betriebsanzeige, auf der die Polarität der an die Sonde 20 angelegten Spannung festgelegt oder verändert wird, auf dem auf dem Monitor 13 dargestellten GUI gezeigt. Die Anzeige wird durch den Bedienungs-PC 16 ausgeführt.
Die Probenkammer 1 ist mit einem Gas gefüllt, um eine Kontamination des Partikels mit Luft zu verhindern. Entsprechend besteht die Gefahr einer elektrischen Entladung, wenn eine übermäßig hohe Spannung an die Sonde 20 angelegt wird. Bei dem SEM gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird daher vorab ein Wert der angelegten Spannung, bei dem bei einem angenommenen Vakuumniveau keine elektrische Entladung auftritt, als Betriebsbedingung des SEM ermittelt, und entsprechende an die Sonde angelegte Spannungswerte, die den jeweiligen Vakuumniveaus entsprechen, werden tabelliert und dann in einem Speicher der Steuerung 31 gespeichert. Die Steuerung 31 legt in Übereistimmung mit der in 7 gezeigten Tabelle 32 jeweils einen Wert der an die Sonde 20 angelegten Spannung fest. Ferner steuert die Steuerung 31 das Nadelventil 11 und damit die Flussrate des Gases in der Gaszufuhrleitung 36. Wenn sich beispielsweise der Druck der Gaszufuhrquelle abrupt ändert, oder ähnliches, liest die Steuerung 31 den dem Nadelventil 11 zugeordneten Durchflussmesser aus und steuert damit das Ausmaß des Öffnens/Schließens des Nadelventils 11, sodass das Auftreten einer elektrischen Entladung bei einem Spannungswert, der aktuell an der Sonde anliegt, ausgeschlossen ist. Ansonsten vergleicht die Steuerung 31 das festgelegte Vakuumniveau in der Kammer 1 mit der Tabelle 32 und passt die an der Sonde 20 anliegende Spannung automatisch an einen Spannungswert an, bei dem keine elektrische Entladung auftritt. Wenn die Steuerung 31 das Nadelventil 11 in Kombination mit der an die Sonde 20 angelegten Spannung steuert, ist demnach eine sichere Adsorption der Zielsubstanz möglich, ohne dass die Gefahr besteht, dass eine elektrische Entladung auftritt.
In Schritt 8 erfolgt die Bestimmung einer Adsorption. Durch die Adsorption des Zielpartikels an der Sonde tritt einer Änderung der Helligkeit des SEM-Bildes auf; die Bestimmung einer Adsorption kann demnach durch visuelle Überprüfung der Helligkeitsänderung erfolgen. Sofern die Helligkeitsänderung nicht bestätigt werden kann, kehrt man zu Schritt 7 zurück, sodass Schritt 8 nochmals wiederholt wird.
Wenn die Adsorption des Zielpartikels an der Sonde bestätigt ist, wird die Sonde, an der das Zielartikel adsorbiert ist, an eine vorgegebene Position bewegt, indem der Tisch verfahren wird (Schritt 9). Wenn die Sonde bewegt wird, besteht die Möglichkeit, dass das Partikel aufgrund von Vibration und dergleichen entfernt wird; daher wird der Tisch mit einer an die Sonde so wie angelegt angelegten Spannung verfahren.
Sobald die Sonde an die vorgegebene Position bewegt wurde, wird die an die Sonde angelegte Spannung abgeschaltet und das Partikel wird von der Sonde entfernt (Schritt 10).
9 zeigt die Anordnung der Probereinheit 7 im Detail. 9 ist eine Draufsicht auf die Probenkammer 1 aus der Sicht der elektronen-optischen Röhre 2. Die Probereinheiten 34 und 35 sind so angeordnet, dass sie sich in Bezug auf die elektronen-optische Röhre 2 orthogonal zueinander befinden, wobei sie so justiert sind, dass die jeweiligen Sonden der Probereinheiten mit der Mittellinie der elektronen-optischen Röhre 2 ausgerichtet sind. Dieser Vorgang wird in den in 2 beschriebenen Schritten 4 bzw. 5 ausgeführt. Wenn die elektrostatische Adsorption des Partikels 30 an der Sonde 20 an dem SEM-Bildschirm 17 bestätigt werden kann, wird der Tisch 5 verfahren und dadurch das Partikel 30 zu einer vorgegebenen Position gebracht. Nach dem Bewegen des Tisches an eine vorgegebene Position wird die Probereinheit 7 in die Nähe des Probenhalters 4 bewegt, wonach die an die Sonde angelegte Spannung unter Verwendung des Bedienungs-PC 16 abgeschaltet wird. Nach Erhalt der Bestätigung, dass das Partikel 30 an der vorgegebenen Position platziert wurde, wird die Sonde von dem Probenhalter weg bewegt, wonach der Vorgang beendet ist. Durch die oben beschriebene Vorgehensweise ist es möglich, dass das Partikel in dem Niedrigvakuum-SEM vor dem Transport mittels elektrostatischer Adsorption an der Sonde adsorbiert wird.
Bezugszeichenliste

1: Probenkammer
2: elektronen-optische Röhre
3: Gasverstärkungsdetektor (ESED-Elektrode)
4: Probenhalter
5: Tisch
6: Störungsverhinderungsmechanismus
7: Probereinheit
8: erster Verstärker
9: Infrarotkamera
10: Probergrundplatte
11: Nadelventil
12: Monitor für die Infrarotkamera
13: Monitor
14: Probermechanismussystem
15: Stromversorgung der Probereinheit
16: Bedienungs-PC
17: SEM-Bildschirm
18: Spitze einer Sonde 1
19: Spitze einer Sonde 2
20: Sonde
21: Störungsverhinderungselement auf der Seite der Probereinheit
22: Störungsverhinderungselement auf der Seite des Tisches
23: Vorderseitenelement
24: unteres Schiebegrundelement
25: oberes Schiebegrundelement
26: Haltestange
27: Feder
28: Stange
29: Umschalter
30: Partikel
31: Steuerung
32: Vakuumniveau/Spannungswert-
34: Probereinheit 1
35: Probereinheit 2
36: Gaszufuhrleitung
38: zweiter Verstärker

Claims

Rasterelektronenmikroskop, das mit einer Probenkammer zur Aufnahme einer Zielsubstanz und mit einer Vakuumpumpe zum Evakuieren der Probenkammer ausgestattet ist, wobei das Rasterelektronenmikroskop aufweist: eine Gaszufuhrleitung zum Zuführen von Gas in die unter Verwendung der Vakuumpumpe evakuierte Probenkammer; eine elektronen-optische Röhre zum Erfassen eines Ionenstroms, wobei der Ionenstrom beim Bestrahlen der Zielsubstanz in der Probenkammer mit einem primären Elektronenstrahl durch Verstärken eines von der Zielsubstanz in das Gas emittierten Sekundärelektrons oder reflektierten Elektrons erzeugt wird; eine Sonde zum Adsorbieren der Zielsubstanz; und einen Sondenbewegungsmechanismus, um die Sonde innerhalb der Probenkammer zu verfahren.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, das ferner aufweist: eine Spannungsversorgungseinheit zum Anlegen einer Spannung, um eine elektrostatische Adsorptionskraft in Richtung Sonde zu erzeugen.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei die Gaszufuhrleitung ein Ventil zum Einstellen der Flussrate des in der Gaszufuhrleitung strömenden Gases umfasst.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, das ferner aufweist: eine Spannungsversorgungseinheit zum Anlegen einer Spannung, um eine elektrostatische Adsorptionskraft in Richtung Sonde zu erzeugen; ein Ventil zum Einstellen der Flussrate des in der Gaszufuhrleitung strömenden Gases; und eine Steuereinrichtung zum automatischen Einstellen einer an der Sonde anzulegenden Spannung der Spannungsversorgungseinheit und zum Steuern des Ventils.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 2, wobei die Spannungsversorgungseinheit die Polarität der an der Sonde angelegten Spannung verändern kann.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, wobei an dem Sondenbewegungsmechanismus mehrere Sonden angebracht werden können.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, das ferner aufweist: einen Probenhalter mit einer darauf platzierten Zielsubstanz; einen Tisch zum Verfahren des Probenhalters; wobei der Sondenbewegungsmechanismus und der Tisch jeweils mit einem Störungsverhinderungsmechanismus ausgestattet sind, um einen Konflikt zwischen dem Sondenbewegungsmechanismus und dem Tisch zu verhindern.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 4, wobei die Steuereinrichtung mit einer Tabelle ausgestattet ist, in der die jeweiligen Vakuumniveaus in der Probenkammer und die jeweiligen an die Sonde bei den jeweiligen Vakuumniveaus angelegten Spannungswerte aufgelistet sind.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 8, wobei die Steuereinrichtung mit einem Bedienungs-PC 16 verbunden ist, um hierdurch eine automatische Steuerung mittels eines Bedienungs-GUI des Bedienungs-PCs 16 zu ermöglichen.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 7, wobei der Störungsverhinderungsmechanismus, der auf Seiten des Sondenbewegungsmechanismus angebracht ist, ein auf dem Sondenbewegungsmechanismus angebrachtes Element ist, sodass es darauf verschiebbar ist.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 10, wobei der Störungsverhinderungsmechanismus, der auf Seiten des Sondenbewegungsmechanismus angebracht ist, mit einer Feder und einem Halteelement zum Befestigen der Feder an dem Störungsverhinderungsmechanismus ausgestattet ist.