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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Monochromator und ein Rasterelektronenmikroskop, die dazu befähigt sind, einen von einer Elektronenquelle emittierten Elektronenstrahl monochromatisch zu machen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Monochromator und ein Rasterelektronenmikroskop, die dazu befähigt sind, bei von einer Probe emittierten Elektronen eine Energieunterscheidung zu treffen.
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Stand der Technik
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Bei Halbleiterbauelementen, die mit Rasterelektronenmikroskopen vermessen und betrachtet werden können, besteht zunehmend die Tendenz zur Miniaturisierung, was immer höhere Auflösungen des Rasterelektronenmikroskops notwendig macht. Die Patentliteratur 1 beschreibt einen Monochromator, der eine Erhöhung der Auflösung ermöglicht. Der Monochromator zerlegt die Energie eines Elektronenstrahls und erfasst selektiv Elektronen mit einer bestimmten Energie, was es ermöglicht, den Strahl monochromatisch zu machen. Die Patentliteratur 2 beschreibt ein Rasterelektronenmikroskop, das eine Mehrfachprismenkette umfasst, die im Strahlweg angeordnet sind, um die Aberration zu unterdrücken. Das Mikroskop erfasst Sekundärelektronen, die aus der Elektronenstrahl-Flugbahn abgetrennt werden, indem die Ablenkungswirkung der Mehrfachprismenkette ausgenutzt wird.
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Literaturliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: JP 2007-184139 A (entsprechend US-Patent Nr. 7612336 )
- Patentliteratur 2: JP H9-270241 A
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Zusammenfassende Darstellung der Erfindung
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Technisches Problem
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Halbleiterbauelemente werden zusätzlich zur Miniaturisierung mit immer größeren Seitenverhältnissen realisiert. Beispielsweise werden die Kontaktfenster tiefer, wobei ein Seitenverhältnis von 30 oder mehr angeboten wird. Im Zusammenhang mit einer zunehmenden Anzahl von Stapelschichten sind Muster entwickelt worden, bei denen eine Mehrzahl von Materialien gemeinsam in einem Kontaktfenster vorliegt. Somit muss das Elektronenmikroskop die Fähigkeit besitzen, derartige Muster, die mit verschiedenen Materialien gebildet werden, zu identifizieren und zu messen. Dies bedeutet, dass die Vorrichtung zum Messen und Inspizieren der neuesten Halbleiterbauelemente sowohl eine höhere Auflösung als auch die Fähigkeit zur Identifizierung der Musterzusammensetzung aufweisen müssen. Während die Patentveröffentlichungen 1 und 2 Techniken zur Erzielung einer höheren Auflösung durch Aberrationsunterdrückung beschreiben, indem eine einzige Farbe isoliert wird, finden sich keine Hinweise bezüglich der Identifikation und Messung eines Musters mit unterschiedlichen Zusammensetzungen.
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Nachstehend wird ein Rasterelektronenmikroskop beschrieben, bei dem sowohl eine Zunahme der Auflösung als auch die Fähigkeit zur Mustererkennung realisiert werden.
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Lösung des Problems
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Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß einem Aspekt ein Rasterelektronenmikroskop vorgeschlagen, das eine Elektronenquelle und einen Monochromator umfasst, der einen von der Elektronenquelle emittierten Elektronenstrahl monochromatisch macht, wobei das Rasterelektronenmikroskop dadurch gekennzeichnet ist, dass: der Monochromator einen Magnetfeldgenerator, der den Elektronenstrahl ablenkt, und eine Energiewahlapertur aufweist, die einen Teil des durch den Magnetfeldgenerator abgelenkten Elektronenstrahls passieren lässt; und eine Apertur, die einige der von einer Probe emittierten Elektronen durchlässt, und ein Detektor, der die Elektronen, die die Apertur passiert haben, erfasst, auf einer Flugbahn angeordnet sind, auf die die von der Probe emittierten Elektronen durch ein vom Magnetfeldgenerator erzeugtes Magnetfeld abgelenkt werden, wenn die Probe mit dem Elektronenstrahl, der den Monochromator passiert hat, bestrahlt wird.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorstehenden Konfiguration lässt sich sowohl eine Zunahme der Auflösung als auch die Fähigkeit zur Mustererkennung erreichen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 erläutert ein Beispiel für ein Rasterelektronenmikroskop, das mit einem Monochromator versehen ist.
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2 erläutert ein Beispiel, bei dem die Flugbahn von Elektronen, die von einer Probe emittiert werden, durch einen Magnetfeldgenerator des Monochromators abgelenkt werden.
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3 erläutert die Beziehung zwischen dem Elektronenstrahl-Öffnungswinkel (Brennpunkttiefe) und der Auflösung in einem Fall, bei dem der Monochromator verwendet wird, sowie in einem Fall, bei dem der Monochromator nicht verwendet wird.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Damit ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) ein Bild der Zusammensetzung mit sehr hoher Auflösung und Kontrastempfindlichkeit der Zusammensetzung erzeugen kann, ist es erforderlich, einen Elektronenstrahl mit geringer Beschleunigungsenergie in der Größenordnung von einigen keV oder weniger zu verwenden, um den Bereich, in dem reflektierte Elektronen/rückgestreute Elektronen (BSE) mit Informationen über die Probenzusammensetzung emittiert werden, auf ein Minimum zu beschränken und um die BSE und dergleichen innerhalb eines festen Winkels von etwa 15° in Bezug auf den Elektronenstrahl (primärer Elektronenstrahl), der auf die Probe auftrifft, zu erfassen. Wenn eine Probe mit einem hohen Seitenverhältnis betrachtet wird, kollidieren einige der von der Bodenfläche der Probe emittierten Elektronen mit einer Seitenwand der Probe und können daher nicht erfasst werden. Somit ist es notwendig, in effizienter Weise Elektronen innerhalb des festen Winkels von einigen Grad zur optischen Achse des primären Elektronenstrahls zu erfassen, so dass die Probe als rasterelektronenmikroskopische Abbildung (SEM-Bild) betrachtet werden kann. Wenn ferner eine geringe Potentialdifferenz auf der Probe gegeben ist, z. B. im Fall eines p-n-Übergangs, weisen die von der Probe emittierten Elektronen unterschiedliche Energien auf. Wenn somit die Energien unterschieden werden können, lässt sich ein Potentialbereich bestimmen.
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Es wird ein Verfahren zur Erhöhung der Auflösung eines SEM mit geringer Beschleunigung durch ein Rasterelektronenmikroskop mit einem Monochromator bereitgestellt, der das Problem, dass ein ausreichend kleiner Lichtfleckdurchmesser aufgrund einer durch die chromatische Aberration herbeigeführten Unschärfe nicht erreicht werden kann, löst und der selektiv nur einen erwünschten Energiebereich in Bezug auf den Primärelektronenstrahl passieren lässt.
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Zur Erhöhung der vorstehend beschriebenen Mustererkennungsfähigkeit muss ein Bild mit einem hohen Kontrast in Bezug auf die Zusammensetzung erzeugt werden. Die von der Probe emittierten Elektronen müssen je nach der Zusammensetzung der Probe verschiedene Emissionsenergien aufweisen. Somit kann der Kontrast in Bezug auf die Zusammensetzung durch selektives Erfassen der Elektronen mit einer bestimmten Energie durch Energieunterscheidung verstärkt werden.
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Zu Mitteln, mit denen eine derartige Energieunterscheidung erreicht wird, gehört ein Energiefilter. Der Energiefilter umfasst beispielsweise eine Mehrzahl von Netzelektroden, die sich in Richtung der optischen Achse überlappen. Der Energiefilter erzeugt in Bezug auf die von der Probe emittierten Elektronen ein umgekehrtes elektrisches Feld, so dass Elektronen mit einer geringeren Energie zurückgestoßen werden, während Elektronen mit höherer Energie selektiv erfasst werden. Während der Filter schwache Elektronen blockieren kann, kann er jedoch die schwachen Elektronen nicht selektiv erfassen oder Elektronen in einem speziellen Bereich der Energiebreite auswählen.
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Wenn beispielsweise ein Muster, das die drei Materialien A, B und C umfasst, in einem Kontaktfenster vorliegt, wobei die Materialien Elektronen mit einer Energiebeziehung, so dass A > B > C gilt, emittieren, lässt der Energiefilter selektiv nur die Elektronen mit höherer Energie durch. Obgleich somit der Energiefilter selektiv nur die von A oder nur die von A und B emittierten Elektronen erfassen kann, kann er nicht selektiv nur die von C emittierten Elektronen oder nur die von B und C emittierten Elektronen erfassen. Es ist erstrebenswert, dass die Vorrichtung zur Messung der neuesten Halbleiterbauelemente mit zunehmend höherem Seitenverhältnis und mit einer zunehmenden Anzahl von Stapelschichten dazu in der Lage ist, selektiv die Elektronen mit relativ schwacher Energie zu erfassen.
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Unter Bezugnahme auf die nachstehend beschriebene Ausführungsform wird ein Rasterelektronenmikroskop erläutert, das mit einem Monochromator versehen ist und dazu befähig ist, in einer relativ einfachen Konfiguration ohne Netzelektroden und dergleichen ein hochgradig genaues Kontrastbild bezüglich der Zusammensetzung zu liefern.
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Ferner wird ein Rasterelektronenmikroskop beschrieben, das dazu in der Lage ist, ein Muster, das eine Mehrzahl von in einer Probe mit einem hohen Seitenverhältnis enthaltenen Materialien umfasst, zu vermessen, indem sowohl eine selektive Erfassung von Elektronen, die in einem Raumwinkel von einigen Grad von der optischen Achse des Primärelektronenstrahls emittiert werden, als auch eine Unterscheidung der Energie ermöglicht werden.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird insbesondere ein Rasterelektronenmikroskop beschrieben, bei dem eine erhöhte Auflösung durch Isolierung einer einzigen Farbe erreicht wird und bei dem der Kontrast eines SEM-Bilds einer Bodenfläche einer Probe mit hohem Seitenverhältnis verbessert wird und eine geringe Potentialdifferenz durch Erfassung der von der Probe in einem bestimmten Raumwinkel emittierten Elektronen und durch eine Energieunterscheidungsfunktion bestimmt wird. Insbesondere wird ein Rasterelektronenmikroskop beschrieben, das mit einem Monochromator, der den Elektronenstrahl monochromatisch macht, und mit einer Funktion zur Erfassung der von der Probe in einem bestimmten Raumwinkel emittierten Elektronen und zur Unterscheidung der Energie versehen ist.
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Ferner ist die vorliegende Ausführungsform so konfiguriert, dass zur Verringerung der erforderlichen Anzahl an Komponenten ein Magnetfeldgenerator, der im Monochromator zur Ablenkung des Primärelektronenstrahls in Richtung zu einem Elektrofeldgenerator angeordnet ist, auch zum Ablenken der von der Probe emittierten Elektronen verwendet wird. Die Elektronen, die in einer zum Primärelektronenstrahl entgegengesetzten Richtung abgelenkt werden, werden einer Energieunterscheidung unterzogen und von einem Detektor, wie einem Szintillator oder einem Photovervielfacher, erfasst, um ein SEM-Bild bereitzustellen.
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Nachstehend wird der Betrieb des Rasterelektronenmikroskops, das mit dem Monochromator gemäß der vorliegenden Ausführungsform versehen ist, unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Wenn eine Extraktionsspannung zwischen einer Elektronenquelle 1 und einer Anodenelektrode 2 angelegt wird, wird ein Primärelektronenstrahl 3 von der Elektronenquelle 1 entlang einer linearen optischen Achse emittiert. Der Primärelektronenstrahl 3 umfasst einen Primärelektronenstrahl 3a, der sich auf einige Zehntel mrad erweitert. Ein Astigmatismus-korrigiertes reelles Bild der Elektronenquelle 1 wird durch eine erste Konvergenzlinse 4 und eine erste Astigmatismus-Korrekturlinse 5 an einem Schnittpunkt mit einer Symmetrieebene 24 des Monochromators zur Konvergenz gebracht.
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Anschließend wird der Primärelektronenstrahl 3 von der Elektronenquelle 1 durch einen Magnetfeldgenerator 21 eines Frontstadium-Ablenksystems um etwa 160° zu einer Energiewahlapertur 23 abgelenkt und wird anschließend um den gleichen Winkel durch einen ersten Elektrofeldgenerator 22a in entgegengesetzter Richtung abgelenkt. Die Ablenkung richtet den Strahl in eine Richtung, die parallel zur ursprünglichen linearen optischen Achse verläuft. Anschließend wird der Strahl einer Energiezerlegung in der x-Richtung an der Position der Energiewahlapertur 23, die in einer Energiezerlegungsebene angeordnet ist, unterzogen und zur Konvergenz in der y-Richtung gebracht. Sodann konvergiert der Strahl zu einem Punkt, während eine Symmetrieebenen-Flugbahn durch einen zweiten Elektrofeldgenerator 22b eines Endstadium-Ablenksystems gezeichnet wird, das in einer symmetrischen Position in Bezug zur Ebene, welche die Energiewahlapertur 23 einschließt, angeordnet ist und zur Rückführung des Primärelektronenstrahls 3 zur linearen optischen Achse des Elektronenstrahls konfiguriert ist, sowie durch den Magnetfeldgenerator 21, wodurch die durch das Vorderbereich-Ablenksystem verursachte Energiezerlegung beseitigt und ein unzerlegtes virtuelles Bild erzeugt wird. Das virtuelle Bild des Elektronenstrahls 1, das einfarbig (monochromatisch) gemacht worden ist, wird durch eine zweite Konvergenzlinse 8 erzeugt und sodann durch eine Objektivlinse 10 verkleinert, wobei ein feiner Kreuzungspunkt auf der Oberfläche der Probe 11 gebildet wird. Dabei wird der Öffnungswinkel des Primärelektronenstrahls 3 oder der Strombetrag des Primärelektronenstrahls durch eine Apertur 6, die zwischen dem Monochromator 20 und der Objektivlinse 10 installiert ist, begrenzt. Der Primärelektronenstrahl 3 wird ferner dazu veranlasst, die Probe zweidimensional durch zwei Stufen einer Ablenkvorrichtung 9 unter Verwendung eines elektrostatischen Felds abzutasten.
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Von der Probe emittierte Elektronen 12 (Sekundärelektronen und/oder reflektierte Elektronen) wandern nach oben, wobei sie der Linsenwirkung der Objektivlinse 10 unterworfen werden. Eine Beschleunigungselektrode 17, an die ein positives elektrisches Feld angelegt werden kann, ist so installiert, dass die emittierten Elektronen weiter nach oben zum Detektor angezogen werden. Ferner ist eine Funktion vorgesehen, um positive und negative Spannungen an die Probe 11 anzulegen. Wenn eine positive Spannung angelegt wird, können die von der Probe emittierten Elektronen zurück zur Probe gezogen werden, so dass nur die Elektronen mit einer bestimmten Energie in Richtung zum Detektor geleitet werden können. Wenn andererseits eine negative Spannung angelegt wird, können die Elektronen weiter beschleunigt werden und nach oben zum Detektor angezogen werden. Die angelegte Spannung für die Beschleunigungselektrode 17 und die angelegte Spannung für die Probe 11 werden durch eine Steuerungsvorrichtung 31 des optischen Systems in der Elektronenmikroskop-Steuerungsvorrichtung 30 für die jeweilige Energie der Elektronen als das Erfassungsziel gesteuert.
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Für eine Probenbetrachtung ohne Verwendung des Monochromators oder für eine automatische Einstellung des Monochromator-Betriebszustands liefert eine Kollision mit einem Szintillator 15, an den eine hohe positive Spannung angelegt wird, eine Lichtemission, die in ein elektrisches Signal umgewandelt und durch einen Photovervielfacher 16 verstärkt wird, um die Betrachtung einer rasterelektronenmikroskopischen Abbildung (SEM-Bild) zu ermöglichen. In 1 werden die Elektronen 12a bei ihrem Aufstieg zur Kollision mit einer Umwandlungselektrode 13 veranlasst, wodurch neuerdings Sekundärelektronen 14 erzeugt werden, die erfasst werden. Jedoch können die Elektronen 12a direkt erfasst werden. Die Umwandlungselektrode 13 oder der Detektor ist zwischen dem Magnetfeldgenerator 21 und der Probe 11 angeordnet und fungiert als eine Apertur (zweite Apertur), die die Passage der Elektronen in einem Winkelbereich begrenzt, der größer als ein vorgegebener Strahlungswinkel in Bezug zur optischen Achse des Primärelektronenstrahls 3 als Zentrum ist. Beispielsweise wird bei der Vermessung eines Kontaktfensters von den Elektronen, die von der Fensterunterseite emittiert werden, eine größere Menge an Elektronen in einem engen Winkelbereich als in einem breiten Winkelbereich emittiert. Somit liefern durch Begrenzung der Passage der im breiten Winkel emittierten Elektronen die von einem Detektor 29 (erster Detektor) erfassten Elektronen verbesserte Informationen über die Fensterunterseite.
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Wenn ein SEM-Bild unter Verwendung eines im Endstadium des Monochromators angeordneten Photovervielfachers 29 erzeugt wird, werden die von der Probe 11 emittierten Elektronen 12b durch eine Hilfsablenkvorrichtung 19 auf der gleichen Flugbahn wie der primäre Elektronenstrahl zurückgeführt und dann durch den im Monochromator 20 angeordneten Magnetfeldgenerator 21 in eine Richtung abgelenkt, die entgegengesetzt zum primären Elektronenstrahl verläuft.
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Die emittierten Elektronen 12b werden mit einem bestimmten Raumwinkel in Bezug zur linearen optischen Achse des primären Elektronenstrahls emittiert. Dabei kann die Konvergenz der Elektronen durch die Elektronenkonvergenzlinse 18 so eingestellt werden, dass die Elektronen durch die Öffnung der Umwandlungselektrode 13 zur Passage des Primärelektronenstrahls und die Apertur 6 treten können.
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Die abgelenkten Elektronen 12b durchlaufen eine Hilfsablenkvorrichtung 25, die zu einer zweidimensionalen XY-Abtastung befähigt ist, und eine Begrenzungsapertur 27 (erste Apertur), die zwischen dem Monochromator 20 und einem Szintillator 28 angeordnet sind. Die Elektronen 12b kollidieren dann mit dem Szintillator 28, an den eine hohe positive Spannung angelegt wird, wodurch Licht erzeugt wird, das durch den Photovervielfacher 29 in ein elektrisches Signal umgewandelt und so verstärkt wird, dass das Signal als eine rasterelektronenmikroskopische Abbildung (SEM-Bild) betrachtet werden kann. Die Hilfsablenkvorrichtung 25 kann axial in Bezug zur Achse der Begrenzungsapertur 27 eingestellt werden. Somit können durch Einstellung des Durchmessers der Begrenzungsapertur 27 nur die Elektronen, die in einem bestimmten angestrebten Raumwinkel zur optischen Achse abgestrahlt werden, erfasst und als SEM-Bild betrachtet werden.
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Ferner kann unter Ausnutzung der Energiezerlegung, die von der Ablenkung durch den Magnetfeldgenerator 21 hervorgerufen wird, eine Energieunterscheidung beispielsweise durch Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) durch einen energieempfindlichen Analysator 26, der zwischen der Hilfsablenkvorrichtung 25 und der Begrenzungsapertur 27 angeordnet ist, durchgeführt werden. Ferner können zum selektiven Erfassen von Elektronen einer gewünschten Energie die abgelenkten Elektronen 12b an der Begrenzungsapertur 27 unter Verwendung der zwischen dem Magnetfeldgenerator 21 und der Apertur 27 angeordneten Hilfsablenkvorrichtung 25 abgetastet werden und ein Bild kann in vorgegebenen Energieeinheiten erzeugt werden. Dies bedeutet, dass die Elektronen in Einheiten des vorerwähnten Materials A, des Materials B und des Materials C erfasst werden können, so dass die entsprechenden Bilder erzeugt werden können. Ferner kann eine Bedienungsvorrichtung vorgesehen sein, die durch Durchführung des Abtastvorgangs feststellt, ob die erfasste Menge an Elektronen einer bestimmten Energie einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Wenn beispielsweise ein Photolackrückstand an der Fensterunterseite vorhanden ist und wenn die Energie der vom Photolack emittierten Elektronen bekannt ist, kann ein Programm zur Anzeige der Anwesenheit oder Abwesenheit des Rückstands auf Grundlage der Tatsache, ob die Elektronen mit der Energie nachgewiesen werden oder ob ein Bild des Photolackrückstands beim Erfassen der Elektronen mit der Energie erzeugt wird, in einem Speicher der Bedienungsvorrichtung, die nicht dargestellt ist, gespeichert werden.
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Die Bedienungsvorrichtung führt auch eine Tätigkeit zur Erzeugung eines zusammengesetzten Bilds durch, indem sie die Ausgänge aus dem Detektor 16 und dem Detektor 29 zusammensetzt. Beispielsweise gibt das auf der Basis der durch den Detektor 29 erfassten Elektronen erzeugte Bild in starkem Maße spezielle Informationen über die Zusammensetzung der Fensterunterseite wieder, während das Bild auf der Grundlage der vom Detektor 16 erfassten Elektronen in starkem Maße Informationen über die Fensteroberseite wiedergibt. Wenn es somit erwünscht ist, die Fensterunterseite zu betrachten, da Informationen über die Fensteroberseite nicht benötigt werden, kann eine Bildverarbeitung so realisiert werden, dass Informationen über die Fensteroberseite entfernt werden, wodurch Informationen über die Fensterunterseite verstärkt werden können.
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Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist dazu in der Lage, Bilder aufzunehmen bzw. die Informationen über das Material A, das Material B und das Material C zu verstärken. Somit kann das Zusammensetzungsverhältnis in Abstimmung mit dem Zweck der Messung oder Inspektion variiert werden. Die Bedienungseinheit ist mit einer Funktion zur Erzeugung eines Linienprofils aus dem Bild und zur Messung des Abstands von Peak zu Peak im Profil ausgestattet. Wenn es somit erwünscht ist, beispielsweise die Abmessung zwischen Material A und Material C zu messen, kann der Anteil ihrer Informationen erhöht werden, während der Anteil der übrigen Informationen relativ verringert werden kann, wenn die Bildzusammensetzung vorgenommen wird. Auf diese Weise kann die Peakhöhe für das Material A und das Material C erhöht werden, wodurch die Messgenauigkeit gesteigert werden kann.
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Der Jochrand des Magnetfeldgenerators 21 und der Analysator 26 sind mit einer Konvergenzfunktion ausgestattet, um die abgelenkten Elektronen 12b zur Konvergenz zu bringen. Die Jochrandfläche des Magnetfeldgenerators 21 ist in einer vertikalen Ebene in Bezug zur Eingangs-/Ausgangsachse der Elektronen ausgebildet, wodurch eine Struktur zur Unterdrückung der Entwicklung eines Aberrationsbeitrags bereitgestellt wird.
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Wie vorstehend ausgeführt, ist es möglich, eine Energieunterscheidung zusätzlich zur Betrachtung eines SEM-Bilds durchzuführen, und zwar auf der Grundlage der von der Probe emittierten Elektronen, die innerhalb eines gewünschten Raumwinkels liegen, in einem Zustand von hoher Auflösung, die durch den Monochromator erreicht wird und unter Verwendung einer Kombination des energieempfindlichen Analysators 26 und der Begrenzungsapertur 27. Die Begrenzungsapertur 27 kann in der Weise beweglich ausgebildet sein, dass die Elektronen einer erwünschten Energie selektiv erfasst werden können.
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In der in 1 dargstellten Konfiguration wird der Magnetfeldgenerator 21 des Monochromators 20 als Ablenkvorrichtung verwendet, um die von der Probe emittierten Elektronen zum Detektor zu leiten, sowie auch als Energiezerlegungseinheit, um eine Energiezerlegung hervorzurufen. Somit kann die Anzahl von Komponenten, die innerhalb einer Vakuumkammer angeordnet sind, verringert werden, was die Struktur vereinfacht, während gleichzeitig eine hohe Auflösung und eine hohe Energieauftrennung der erfassten Elektronen erreicht werden.
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Wenn der Ablenkungswinkel des Magnetfeldgenerators 21 durch die Energie der von der Probe emittierten Elektronen 12b und durch die an die Probe 11 angelegte Spannung sich verändert, kann der Bereich von der Hilfsablenkvorrichtung 25 bis zum Photovervielfacher 29 so konfiguriert werden, dass er entsprechend dem Ablenkungswinkel beweglich ist, oder es können eine Mehrzahl der Bereiche in Bezug zum Jochrand des Magnetfeldgenerators 21 angeordnet werden, so dass ein SEM-Bild bei jedem Ablenkungswinkel betrachtet werden kann. 2 erläutert ein Beispiel, bei dem insgesamt drei derartige Bereiche angeordnet sind, einer an der Verlängerung der Symmetrieebene des Monochromators und zwei oberhalb und unterhalb dieser Ebene. Dies stellt jedoch keine Beschränkung dar; beispielsweise können zwei weitere derartige Bereiche auf der linken und der rechten Seite (senkrecht zur Zeichnungsebene) zusätzlich vorgesehen werden, was insgesamt fünf derartige Bereiche ergibt. Alternativ können ein oder mehr CCDs und dergleichen für die Ablenkung verwendet werden.
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Ein SEM-Bild auf der Grundlage der vom gewünschten Raumwinkel emittierten Elektronen kann aus den SEM-Bildern vom Photovervielfacher 16 und dem Photovervielfacher 28 unter Anwendung einer Bildverarbeitung betrachtet werden.
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Speziell ist die Umwandlungselektrode 13 mit einer Öffnung für den Durchgang des Primärelektronenstrahls 3 versehen, so dass unter den von der Probe emittierten Elektronen die Elektronen 12a mit Winkeln, die einen bestimmten Raumwinkel zur linearen optischen Achse übersteigen, zur Kollision mit der Umwandlungselektrode 13 veranlasst werden, wodurch ein SEM-Bild unter Verwendung des Photovervielfachers 16 entsteht. Andererseits wird im Photovervielfacher 29 ein SEM-Bild aus Elektronen 13b mit sämtlichen Winkeln, die von der Probe emittiert wurden, erzeugt. Indem man aus dem SEM-Bild vom Photovervielfacher 29 die Informationen des SEM-Bilds vom Photovervielfacher 16 durch eine Bildverarbeitung entfernt, lassen sich nur die Informationen der Probe bis zu einem bestimmten Raumwinkel zur linearen optischen Achse erhalten. Der Raumwinkel zur linearen optischen Achse kann willkürlich eingestellt werden, indem man die Größe der Öffnung der Umwandlungselektrode 13 für den Durchtritt des Primärelektronenstrahls verändert.
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3 erläutert die Beziehung zwischen dem Öffnungswinkel (Brennpunkttiefe) des Primärelektronenstrahls, der auf die Probe auftrifft, und der Auflösung, wenn der Monochromator verwendet wird und wenn er nicht verwendet wird. Durch Vergleich des SEM-Bilds vom Photovervielfacher 16 (zweiter Detektor) ohne die Verwendung des Monochromators und des SEM-Bilds vom Photovervielfacher 28 mit Verwendung des Monochromators, wobei aber der Öffnungswinkel so eingestellt ist, dass die Auflösung die gleiche ist, wie ohne Verwendung des Monochromators, kann eine Differenz aufgrund der Differenz der Brennpunkttiefe angegeben werden. Der Öffnungswinkel kann eingestellt werden, indem man den Öffnungsdurchmesser der Apertur 6 verändert oder indem man die Konvergenzbedingung der zweiten Konvergenzlinse verändert. In diesem Fall führt die Steuervorrichtung 31 des optischen Systems einen Abgleich so durch, dass sich das Vergrößerungsverhältnis nicht verändert.
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Obgleich vorstehend ein SEM mit geringer Beschleunigung beschrieben wurde, können ähnliche Vorgänge bei einem SEM mit hoher Beschleunigung erfolgen, wobei das optische System oder die Bedingungen des Monochromators durch die Steuervorrichtung 30 für das Elektronenmikroskop eingestellt werden.
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Obgleich vorstehend das Rasterelektronenmikroskop, das mit dem Monochromator versehen ist, unter Bezugnahme auf eine bestimmte Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Für den Fachmann ist es ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen oder Verbesserungen an der Konfiguration oder der Funktionsweise der Erfindung in Übereinstimmung mit der vorstehenden Ausführungsform oder anderen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verlassen wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektronenquelle
- 2
- Anodenelektrode
- 3
- Primärelektronenstrahl
- 3a
- Erweiterter Primärelektronenstrahl
- 4
- Erste Konvergenzlinse
- 5
- Erste Astigmatismus-Korrekturlinse
- 6
- Apertur
- 7
- Zweite Konvergenzlinse
- 8
- Zweite Astigmatismus-Korrekturlinse
- 9
- Abtastablenkvorrichtung
- 10
- Objektivlinse
- 11
- Probe
- 12a, 12b, 12c, 12d
- Emittierte Elektronen
- 13
- Umwandlungselektrode
- 14
- Durch die Umwandlungselektrode erzeugte Elektronen
- 15, 28
- Szintillator
- 16, 29
- Photovervielfacher
- 17
- Beschleunigungselektrode
- 18
- Elektronenkonvergenzlinse
- 19, 25
- Hilfsablenkvorrichtung
- 20
- Monochromator
- 21
- Magnetfeldgenerator
- 22a
- Erster Elektrofeldgenerator
- 22b
- Zweiter Elektrofeldgenerator
- 23
- Energiewahlapertur
- 24
- Symmetrieebene
- 26
- Energieempfindlicher Analysator
- 27
- Begrenzungsapertur
- 30
- Elektronenmikroskop-Steuerungsvorrichtung
- 31
- Steuerungsvorrichtung des optischen Systems
- 32
- Monochromator-Steuerungsvorrichtung
