DE112015001268T5

DE112015001268T5 - Elektronenstrahlvorrichtung

Info

Publication number: DE112015001268T5
Application number: DE112015001268.0T
Authority: DE
Inventors: Tsunenori Nomaguchi; Toshihide Agemura
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2035-04-23
Also published as: JP6258474B2; JPWO2015166849A1; WO2015166849A1; CN106165054B; US20170040139A1; DE112015001268B4; US9966218B2; CN106165054A

Abstract

Die vorliegende Erfindung sieht eine Elektronenstrahlvorrichtung vor, die eine hohe räumliche Auflösung und eine hohe Luminanz erreicht, während sie für die Wirkungen äußerer Störungen unempfindlich bleibt. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlvorrichtung, wobei beispielsweise zwischen einer Elektronenquelle (101) zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und einer Objektivlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf eine Probe (114) eine Hochspannungs-Strahlröhre (110) nahe der Elektronenquelle (101) angeordnet ist und eine Niederspannungs-Strahlröhre (112) nahe der Objektivlinse angeordnet ist. Dies ermöglicht es, eine hohe Luminanz zu erreichen, während die räumliche Auflösung beibehalten wird, und zwar selbst mit einem SEM, das mit einem Objektivlinsentyp versehen ist, der ein Magnetfeld tief zu einer Probe streut.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlvorrichtung mit einer Magnetfeldlinse oder einer elektrostatischen Linse oder beiden Linsen zur Fokussierung von Elektronen auf eine Probe.
Technischer Hintergrund
Ein Rasterelektronenmikroskop (SEM), das in der Lage ist, eine Betrachtung auf dem Nanometerniveau auszuführen, wird auf verschiedenen Gebieten in der Art der Halbleiter, Materialien und der Biotechnologie verwendet. Das SEM weist eine Elektronenquelle zum Erzeugen von Elektronen und eine elektromagnetische Linse zum Fokussieren erzeugter Elektronen auf eine Probe auf, wobei die Qualität des SEM-Bilds in hohem Maße von der Leistungsfähigkeit dieser Komponenten abhängt. Beispielsweise beeinflusst die Anzahl der von der Elektronenquelle erzeugten Elektronen, nämlich die Luminanz der Elektronenquelle, das SN-(Signal-Rausch)-Verhältnis des SEM-Bilds und beeinflusst die Leistungsfähigkeit der elektromagnetischen Linse die zu erhaltende räumliche Auflösung des SEM-Bilds.
Patentliteratur 1 offenbart eine Technik, bei der hochenergetische Elektronen von der Elektronenquelle emittiert werden und die Geschwindigkeit der hochenergetischen Elektronen zwischen einer Objektivlinse und einer Probe verringert wird, wodurch die Luminanz der Elektronenquelle erhöht wird und Wirkungen von außen unterdrückt werden.
Patentliteratur 2 offenbart eine Technik, bei der die Geschwindigkeit hochenergetischer Elektronen auf einer Unterfläche einer Objektivlinse verringert wird, wodurch selbst wenn niederenergetische Elektronen zu einer Probe emittiert werden, eine hohe räumliche Auflösung verwirklicht wird.
Patentliteratur 3 offenbart eine Anordnung einer Vorrichtung zum Beschleunigen von Elektronen von einer ersten Energie auf eine höhere zweite Energie innerhalb eines Bereichs eines Zwischenbilds, um selbst dann eine hohe Punktauflösung zu erhalten, wenn die Strahlenergie niedrig ist.
Zitatliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP-A 2004-234993
Patentliteratur 2: JP-A 5-36371
Patentliteratur 3: JP-A 2010-257855

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die folgenden Erkenntnisse durch gründliches Untersuchen der SEM-Leistungsfähigkeit erhalten.
In Patentliteratur 1 muss eine Spannung an die Probe angelegt werden, so dass die SEM-Leistungsfähigkeit in hohem Maße von der Form und der Zusammensetzung der Probe abhängt. Andererseits kann eine hohe räumliche Auflösung erhalten werden, während zwischen der Objektivlinse und der Probe in Patentliteratur 2 das gleiche Potential aufrechterhalten wird. Wenn daher Patentliteratur 1 mit Patentliteratur 2 kombiniert wird, können unabhängig von der Probe eine hohe Luminanz und eine hohe räumliche Auflösung verwirklicht werden. Die Wirkung ist jedoch auf ein Außen-Linsen-SEM beschränkt, bei dem kein Magnetfeld zur Probenseite gestreut wird. Es wird angenommen, dass deshalb die Außen-Linse in Patentliteratur 2 verwendet wird. Bei einem Halb-Außen-Linsen-SEM oder einem Einzelpollinsen-SEM, bei dem das Magnetfeld aktiv zur Probe gestreut werden kann, wird die räumliche Auflösung verschlechtert, wenn die Geschwindigkeit der Elektronen an einer Unterfläche der Objektivlinse verringert wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Wirkungen äußerer Störungen zu unterdrücken, während sowohl eine hohe räumliche Auflösung als auch eine hohe Luminanz erreicht werden.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung betrifft beispielsweise eine Anordnung einer Hochspannungs-Strahlröhre nahe einer Elektronenquelle und einer Niederspannungs-Strahlröhre nahe einer Objektivlinse zwischen der einen Elektronenstrahl erzeugenden Elektronenquelle und einer Objektivlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf eine Probe.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann selbst bei einem SEM, das eine Objektivlinse aufweist, bei der ein Magnetfeld aktiv zu einer Probe gestreut wird, eine hohe Luminanz erreicht werden, während die räumliche Auflösung aufrechterhalten wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 eine schematische Konfigurationsansicht einer zusammengesetzten mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung nach Beispiel 1,
2 eine Ansicht eines Verdrahtungsbeispiels 1 eines Strahlröhrenteils,
3 eine Ansicht eines Verdrahtungsbeispiels 2 des Strahlröhrenteils,
4 eine Ansicht eines Konfigurationsbeispiels 1 in einem Verzögerungsteil,
5 eine Ansicht eines Konfigurationsbeispiels 2 im Verzögerungsteil,
6 eine Ansicht eines Konfigurationsbeispiels 3 im Verzögerungsteil,
7 eine Ansicht eines Konfigurationsbeispiels 4 im Verzögerungsteil,
8 eine Ansicht eines Konfigurationsbeispiels 5 im Verzögerungsteil,
9 eine schematische Konfigurationsansicht einer zusammengesetzten mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung nach Beispiel 2,
10 eine Ansicht eines Unterteilungsbeispiels 1 einer Strahlröhre und
11 eine Ansicht eines Unterteilungsbeispiels 2 der Strahlröhre.
Beschreibung von Ausführungsformen
In Beispielen wird eine Elektronenstrahlvorrichtung offenbart, die eine Elektronenquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls und eine Objektivlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf eine Probe aufweist, welche eine erste Strahlröhre, die in der Lage ist, eine Spannung festzulegen, nahe der Elektronenquelle und eine zweite Strahlröhre, die in der Lage ist, eine von jener der ersten Strahlröhre verschiedene Spannung festzulegen, nahe der Objektivlinse zwischen der Elektronenquelle und einer Unterfläche der Objektivlinse und eine Eingabevorrichtung, die in der Lage ist, einen Modus auszuwählen, in dem die Spannung der ersten Strahlröhre höher wird als die Spannung der zweiten Strahlröhre, aufweist.
Auch wird gemäß der Ausführungsform offenbart, dass die Eingabevorrichtung einen Modus auswählen kann, in dem die Spannung der ersten Strahlröhre gleich der Spannung der zweiten Strahlröhre wird.
Auch wird gemäß der Ausführungsform offenbart, dass die Objektivlinse eine Halb-Innen-Linse oder eine Einzelpollinse ist, die ein Magnetfeld zur Probenseite streut. Es wird auch offenbart, dass eine Außen-Objektivlinse, die kein Magnetfeld zur Probenseite streut, zusätzlich zur Halb-Innen- oder zur Einzelpol-Objektivlinse bereitgestellt ist. Es wird auch offenbart, dass der Modus, in dem eine Spannung nur an die erste Strahlröhre angelegt wird, ausgewählt wird, wenn die Halb-Innen-Objektivlinse oder die Einzelpol-Objektivlinse verwendet wird, und der Modus, in dem eine Spannung an die erste und die zweite Strahlröhre angelegt wird, ausgewählt wird, wenn die Außen-Objektivlinse verwendet wird. Ferner wird offenbart, dass der Modus, in dem das Potential der ersten Strahlröhre gleich dem Potential der zweiten Strahlröhre wird, ausgewählt wird, wenn die Außen-Objektivlinse verwendet wird. Auch wird offenbart, dass die Elektronenstrahlvorrichtung eine Ionenstrahlvorrichtung aufweist, welche die Probe mit einem Ionenstrahl bestrahlt.
Auch wird beim Beispiel offenbart, dass die zweite Strahlröhre innerhalb der Objektivlinse angeordnet ist.
Auch wird beim Beispiel offenbart, dass das Potential der zweiten Strahlröhre ein Massepotential ist.
Auch wird beim Beispiel offenbart, dass die Kriechstrecke zwischen der ersten Strahlröhre und der zweiten Strahlröhre wenigstens 5 mm beträgt.
Auch wird beim Beispiel offenbart, dass eine Elektronenstrahlvorrichtung Folgendes aufweist: eine Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, einen Verzögerungsteil zum Verzögern von der Elektronenquelle erzeugter Elektronen und eine Objektivlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf eine Probe, wobei der Verzögerungsteil zwischen der Elektronenquelle und einem Magnetpol der Objektivlinse angeordnet ist.
Auch wird beim Beispiel offenbart, dass die Form der Elektroden im Verzögerungsteil eine Kegelform, eine Schalenform oder eine Kegelstumpfform ist.
Auch wird beim Beispiel offenbart, dass der Verzögerungsteil zwei Elektroden aufweist, die eine Form aufweisen, bei der eine Elektrode die andere bedeckt.
Auch wird beim Beispiel Folgendes offenbart: eine Elektronenstrahlvorrichtung, welche Folgendes umfasst: eine Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, eine Sammellinse zum Fokussieren des von der Elektronenquelle erzeugten Elektronenstrahls und eine Objektivlinse zum Fokussieren des durch die Sammellinse hindurchtretenden Elektronenstrahls auf eine Probe, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine erste Strahlröhre und eine zweite Strahlröhre, worin die Energie des Elektronenstrahls, die erzeugt wird, wenn er durch die Sammellinse hindurchtritt, höher ist als die Energie des Elektronenstrahls, die erzeugt wird, wenn er durch die Objektivlinse hindurchtritt.
Auch wird gemäß der Ausführungsform eine Elektronenstrahlvorrichtung offenbart, die Folgendes umfasst: eine Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und eine Objektivlinse zum Fokussieren des von der Elektronenquelle erzeugten Elektronenstrahls auf eine Probe, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: einen Detektor mit einer Strahlröhre, wodurch der von der Elektronenquelle erzeugte Elektronenstrahl hindurchtritt, und eine Elektronenempfangsfläche, durch welche die Strahlröhre verläuft, wodurch von einer Probe emittierte Elektronen detektiert werden, und eine erste Strahlröhre und eine zweite Strahlröhre, worin die Energie, die erzeugt wird, wenn der von der Elektronenquelle erzeugte Elektronenstrahl durch die Strahlröhre hindurchtritt, höher ist als die Energie des Elektronenstrahls, die erzeugt wird, wenn er durch die Objektivlinse hindurchtritt.
Auch wird gemäß der Ausführungsform eine Elektronenstrahlvorrichtung offenbart, welche Folgendes umfasst: eine Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, eine Strahlröhre, durch welche der von der Elektronenquelle erzeugte Elektronenstrahl hindurchtritt, eine Objektivlinse zum Fokussieren des von der Elektronenquelle erzeugten Elektronenstrahls auf eine Probe, einen Detektor zum Detektieren von der Probe emittierter Elektronen, der auf der Außenseite einer optischen Achse angeordnet ist, und einen Ablenker zum Ablenken der von der Probe emittierten Elektronen zum auf der Außenseite der optischen Achse angeordneten Detektor hin, wobei eine erste Strahlröhre und eine zweite Strahlröhre bereitgestellt sind, wobei die Energie, die erzeugt wird, wenn der von der Elektronenquelle erzeugte Elektronenstrahl durch die Strahlröhre hindurchtritt, höher ist als die Energie des Elektronenstrahls, die erzeugt wird, wenn er durch den Ablenker und die Objektivlinse hindurchtritt.
Nachstehend werden die vorstehenden und andere neuartige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung erklärt. Die Zeichnung dient dem Verständnis der Erfindung und soll den Schutzumfang nicht einschränken.
Beispiel 1
1 zeigt eine schematische Konfiguration einer zusammengesetzten mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung, die eine Elektronenstrahlvorrichtung und eine Ionenstrahlvorrichtung aufweist, gemäß der Ausführungsform. Die zusammengesetzte mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung umfasst eine Elektronenquelle 101, die einen Elektronenstrahl erzeugt, eine Elektronenquellen-Steuereinrichtung 151, welche die Elektronenquelle steuert, eine Beschleunigungselektrode 102, die den von der Elektronenquelle emittierten Elektronenstrahl beschleunigt, eine Beschleunigungselektroden-Steuereinrichtung 152, welche die Beschleunigungselektrode steuert, eine erste und eine zweite Sammellinse 103, 104, die den von der Elektronenquelle emittierten Elektronenstrahl fokussieren, eine erste und eine zweite Sammellinsen-Steuereinrichtung 153, 154, welche die erste und die zweite Sammellinse steuern, einen magnetischen Weg 105 einer Objektivlinse, die den Elektronenstrahl auf eine Probe fokussiert, eine Halb-Innen-Linsen-Spule 106, die eine Halb-Innen-Objektivlinse ansteuert, eine Halb-Innen-Linsen-Steuereinrichtung 156, welche die Halb-Innen-Linsen-Spule steuert, eine Außen-Linsen-Spule 107, die eine Außen-Linsen-Objektivlinse ansteuert, eine Außen-Linsen-Steuereinrichtung 157, welche eine Außen-Linse steuert, einen Probenkammerdetektor 118, der von der Probe auf der Außenseite einer Säule emittierte Elektronen detektiert, eine Probenkammerdetektor-Steuereinrichtung 168, die den Probenkammerdetektor steuert, einen In-der-Säule-Detektor 108, der die von der Probe innerhalb der Säule emittierten Elektronen detektiert, eine In-der-Säule-Detektor-Steuereinrichtung 158, die den In-der-Säule-Detektor steuert, einen Ablenker 109, der die von der Probe emittierten Elektronen in Richtung des In-der-Säule-Detektors ablenkt, eine Ablenksteuereinrichtung 159, die den Ablenker steuert, eine erste Strahlröhre 110, die von der Beschleunigungselektrode bis in die Nähe der zweiten Sammellinse angeordnet ist, eine Leistungsquelle für die erste Strahlröhre 111, welche der ersten Strahlröhre eine Spannung zuführt, eine Leistungsquellen-Steuereinrichtung für die erste Strahlröhre 161, welche die Leistungsquelle für die erste Strahlröhre steuert, eine zweite Strahlröhre 112, die von einem oberen Ende des die Objektivlinse bildenden magnetischen Wegs bis in die Nähe eines unteren Endes der Objektivlinse angeordnet ist, eine Leistungsquelle für die zweite Strahlröhre 113, die der zweiten Strahlröhre eine Spannung zuführt, eine zweite Strahlröhren-Steuereinrichtung 163, welche die Leistungsquelle für die zweite Strahlröhre steuert, eine Probenkammer 115, worin eine Betrachtungsprobe 114 angeordnet ist, eine Ionenstrahlsäule 116, welche die Probe mit einem Ionenstrahl bestrahlt, eine Ionenstrahlsäulen-Steuereinrichtung 166, welche die Ionenstrahlsäule steuert, einen integrativen Computer 170, der Arbeitsvorgänge der Gesamtvorrichtung steuert und ein Elektronenstrahlbild erzeugt, eine Steuereinrichtung (eine Tastatur, eine Maus oder dergleichen) 171 zur Eingabe verschiedener Befehle in der Art von Bestrahlungsbedingungen, Spannungsbedingungen und Positionsbedingungen von Elektroden durch den Bediener und eine Anzeige 172, welche die erfassten Bilder und eine Steuerbildschirmdarstellung anzeigt. Die Elektronenstrahlvorrichtung weist ferner alle Komponenten auf, die für die Elektronenstrahlvorrichtung erforderlich sind, wie ein Ablenksystem zum Scannen und Verschieben des Elektronenstrahls. Die jeweiligen Steuereinrichtungen und Betriebseinheiten können miteinander kommunizieren, wobei sie durch den integrativen Computer 170 gesteuert werden.
Beim Beispiel kann die Steuereinrichtung 171 einen gegebenen Modus aus einigen Modi auswählen. Der integrative Computer 170 ermöglicht es, dass die erste Strahlröhre 110, die zweite Strahlröhre 112 usw. in gegebene Zustände versetzt werden, und sie versetzt die Vorrichtung entsprechend einer Eingabe von der Steuereinrichtung 171 in den gegebenen Modus.
Bei diesem Beispiel sind zwei Sammellinsen vorhanden, die Anzahl der Sammellinsen spielt jedoch für das Steuern der auf die Objektivlinse fallenden Elektronen keine Rolle. Überdies spielt die Form des magnetischen Wegs 105 keine Rolle, solange die Halb-Innen-Objektivlinse von einem Linsentyp ist, bei dem das Magnetfeld aktiv zur Probenseite gestreut wird. Beispielsweise kann eine Einzelpollinse, die nur einen Magnetpol aufweist, verwendet werden. Wenngleich das untere Ende der Beschleunigungselektrode die erste Strahlröhre in 1 berührt, ist es nicht notwendig, dass das untere Ende der Beschleunigungselektrode die erste Strahlröhre berührt, und es ist auch nicht notwendig, dass sie das gleiche Potential aufweisen.
Die Leistungsquelle für die erste Strahlröhre und die Leistungsquelle für die zweite Strahlröhre sind beim Beispiel bereitgestellt, es kann jedoch auch ein Fallbetrachtet werden, bei dem die Leistungsquelle für die zweite Strahlröhre nicht bereitgestellt ist. Beispielsweise kann ein Potential für die zweite Strahlröhre konstant ein Massepotential sein, indem die zweite Strahlröhre an Masse gelegt wird, wie in 2 dargestellt ist. Ferner kann das Potential der zweiten Strahlröhre zwischen einem Potential der ersten Strahlröhre und dem Massepotential geschaltet werden, indem ein Spannungswechselschalter 201 und eine Schaltersteuereinrichtung 251, welche den Spannungswechselschalter steuert, bereitgestellt werden, wie in 3 dargestellt ist. Die erste Strahlröhre und die zweite Strahlröhre sind zwischen der zweiten Sammellinse und dem magnetischen Weg 105 der Objektivlinse beim Beispiel unterteilt, die Unterteilungsposition der ersten Strahlröhre und der zweiten Strahlröhre kann jedoch beispielsweise eine Position sein, die der Elektronenkanone näher liegt als der Unterfläche der zweiten Sammellinse, wie in 10 dargestellt ist, und auch eine Position innerhalb des magnetischen Wegs der Objektivlinse, wie in 11 dargestellt ist.
Die Konfiguration des In-der-Säule-Detektors 108 spielt für das Detektieren von der Probe emittierter Elektronen keine Rolle. Es kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der Elektronen direkt gezählt werden, und es kann eine Konfiguration verwendet werden, bei der Elektronen in Licht umgewandelt werden, um sie durch einen Photodetektor zu detektieren.
Selbst wenn die Halb-Innen-Objektivlinse verwendet wird, können beim Beispiel die Wirkungen äußerer Störungen unterdrückt werden und kann eine hohe Luminanz erhalten werden. Das heißt, dass sowohl eine hohe räumliche Auflösung als auch eine hohe Luminanz erreicht werden. Je niedriger die Energie des auf die Probe angewendeten Elektronenstrahls ist, desto leichter wird die Vorrichtung durch äußere Störungen beeinflusst und desto schwieriger lassen sich eine hohe Luminanz und eine hohe räumliche Auflösung erreichen. Es ist jedoch wegen der Anforderung, infolge der hohen Integration von Halbleitern sehr genaue Probenoberflächeninformationen zu erhalten, und der Anforderung, Schäden durch die Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl in biologischen Proben und organischen funktionellen Materialien zu verringern, ferner erforderlich, die Energie des Elektronenstrahls zu verringern. Demgemäß wird die erste Strahlröhre auf eine hohe Spannung gelegt und wird die zweite Strahlröhre auf eine niedrige Spannung (oder das Massepotential) gelegt, um dadurch einen hohen Widerstand gegen äußere Störungen, eine hohe Luminanz und eine hohe räumliche Auflösung zu erreichen und so diesen Anforderungen zu genügen.
Ferner können im Fall einer zusammengesetzten Objektivlinse, welche die Halb-Innen-Objektivlinse und die Außen-Objektivlinse aufweist, der Steuerprozess vereinfacht werden und die Verwendbarkeit verbessert werden. Es ist im Fall der Außen-Linse sehr wahrscheinlich, dass eine hohe räumliche Auflösung verwirklicht wird, wenn der Elektronenstrahl mit hoher Energie in die Nähe des unteren Endes der Objektivlinse gelangt. Das heißt, dass eine hohe Luminanz und eine hohe räumliche Auflösung erreicht werden können, indem sowohl die erste als auch die zweite Strahlröhre beim Beispiel auf die hohe Spannung gelegt werden. Andererseits wird im Fall der Halb-Innen-Linse die erste Strahlröhre auf eine hohe Spannung gelegt und wird die zweite Strahlröhre auf eine niedrige Spannung gelegt (oder das Massepotential), wodurch eine höhere räumliche Auflösung erreicht wird als bei der Außen-Linse und zusätzlich eine Luminanz erhalten wird, die jener im Fall bei Verwendung der Außen-Linse gleicht. Der Elektronenstrahl mit der gleichen hohen Energie läuft in den Fällen der Ansteuerung durch einen beliebigen Linsentyp näher an der Elektronenquelle vorbei als an der Objektivlinse, weshalb in Komponenten außer der Objektivlinse die gleiche Steuerung ausgeführt wird. Dementsprechend ist es nicht notwendig, eine Neueinstellung der optischen Achse usw. auszuführen, was in Hinblick auf die Bedienbarkeit vorteilhaft ist. Diese zusammengesetzte Objektivlinse ist in einer FIB-SEM-Vorrichtung sehr wirksam, die eine FIB-Säule, die einen fokussierten Ionenstrahl (FIB) emittiert, und das SEM in der gleichen Probenkammer aufweist. Wenn auf der optischen Achse eines Ionenstrahls ein Magnetfeld vorhanden ist, wird der Ionenstrahl durch das Magnetfeld abgelenkt. Überdies hängt die Größe der Ablenkung durch das Magnetfeld von der Masse von Ionen ab, weshalb ein Isotopen aufweisender Ionenstrahl nicht an einem Punkt auf der Probe fokussiert wird und getrennt wird. Wenn dementsprechend sowohl ein Ionenstrahl als auch ein Elektronenstrahl verwendet werden, ist die Außen-Objektivlinse gegenüber der Halb-Innen-Objektivlinse bevorzugt. Es gibt jedoch bei einigen Proben einen Fall, in dem eine hohe räumliche Auflösung des Halb-Innen-Linsentyps selbst auf Kosten des Durchsatzes erforderlich ist. In einem solchen Fall werden die Bestrahlung mit dem Ionenstrahl und die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl unter Verwendung der Halb-Innen-Linse wechselnd eingesetzt. In diesem Fall kann die dem Benutzer auferlegte Last verringert werden, wenn wie beim Beispiel nur der Modus der Objektivlinse gewechselt werden kann. Ferner ist es zweckmäßig, das Umschalten durch einen eine einzige Berührung aufweisenden Arbeitsvorgang unter Verwendung der Steuereinrichtung oder einer GUI-Bildschirmdarstellung ausführen zu können.
Als Verzögerungsteil zwischen der ersten Strahlröhre und der zweiten Strahlröhre, wie in 1 dargestellt ist, kann ein elektrisches Verzögerungsfeld, das durch einen Zwischenraum zwischen der ersten Strahlröhre und der zweiten Strahlröhre gebildet ist, unverändert verwendet werden, es ist jedoch bevorzugt, dass eine kegelförmige Verzögerungsteilelektrode 301a, die sich zur Objektivlinse öffnet, am unteren Ende der ersten Strahlröhre bereitgestellt ist und eine kegelförmige Verzögerungsteilelektrode 301b, die sich zur Elektronenquelle öffnet, am oberen Ende der zweiten Strahlröhre bereitgestellt ist, um den Verzögerungsteil zu bilden, wie in 4 dargestellt ist. Dementsprechend kann die im Verzögerungsteil gebildete Wirkung der elektrostatischen Linse verringert werden. Der Verzögerungsteil kann durch Bereitstellen nur einer von der Verzögerungsteilelektrode 301a und der Verzögerungsteilelektrode 301b gebildet werden.
Ähnlich ist auch bevorzugt, dass eine schalenförmige Verzögerungsteilelektrode 302a, die sich zur Objektivlinse öffnet, am unteren Ende der ersten Strahlröhre bereitgestellt ist und eine schalenförmige Verzögerungsteilelektrode 302b, die sich zur Elektronenquelle öffnet, am oberen Ende der zweiten Strahlröhre bereitgestellt ist, um den in 5 dargestellten Verzögerungsteil zu bilden. Der Verzögerungsteil kann durch Bereitstellen nur einer von der Verzögerungsteilelektrode 302a und der Verzögerungsteilelektrode 302b gebildet werden.
Ähnlich ist es auch bevorzugt, dass eine kegelstumpfförmige Verzögerungsteilelektrode 303a, die sich zur Objektivlinse öffnet, am unteren Ende der ersten Strahlröhre bereitgestellt ist und eine kegelstumpfförmige Verzögerungsteilelektrode 303b, die sich zur Elektronenquelle öffnet, am oberen Ende der zweiten Strahlröhre bereitgestellt ist, um den in 6 dargestellten Verzögerungsteil zu bilden.
Wenngleich die obere und die untere Elektrode des Verzögerungsteils in den 4 bis 6 die gleiche Größe aufweisen, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise ist auch eine Form vorteilhaft, wobei ein in etwa kegelstumpfförmiger Verzögerungselektrodenteil 304d, der sich zur Objektivlinse öffnet, dessen Endabschnitt eine zylindrische Form aufweist, am unteren Ende der ersten Strahlröhre bereitgestellt ist und ein in etwa kegelstumpfförmiger Verzögerungselektrodenteil 305d, dessen Endabschnitt eine zylindrische Form aufweist, am oberen Ende der zweiten Strahlröhre bereitgestellt ist und die zylindrische Form des Verzögerungselektrodenteils 304d größer ist als die zylindrische Form des Verzögerungselektrodenteils 305d, so dass der in der Nähe der ersten Strahlröhre bereitgestellte Verzögerungselektrodenteil 304d den in der Nähe der zweiten Strahlröhre bereitgestellten Verzögerungselektrodenteil 305d bedeckt. Dementsprechend können die Wirkungen außerhalb der Verzögerungsteilelektroden verringert werden.
Ähnlich ist, wie in 8 dargestellt ist, auch eine Form vorteilhaft, wobei eine schalenförmige Verzögerungsteilelektrode 305e, die sich zur Objektivlinse öffnet, am unteren Ende der ersten Strahlröhre bereitgestellt ist, ein schalenförmiger Verzögerungsteil 304e, der sich zur Elektronenquelle öffnet, am oberen Ende der zweiten Strahlröhre bereitgestellt ist und eine Öffnung der Verzögerungsteilelektrode 305e kleiner ist als eine Öffnung der Verzögerungsteilelektrode 304e, so dass der Verzögerungselektrodenteil 304e, der nahe der ersten Strahlröhre bereitgestellt ist, den Verzögerungselektrodenteil 305e bedeckt, der nahe der zweiten Strahlröhre bereitgestellt ist.
Als nächstes wird eine Montageposition des In-der-Säule-Detektors erklärt. In einem Fall, in dem die Halb-Innen-Objektivlinse verwendet wird, treten fast alle von der Probe emittierten Elektronen in das Innere der SEM-Säule ein. Daher ist es erforderlich, Elektronen innerhalb der SEM-Säule zu detektieren. Hierfür kann ein Verfahren erwogen werden, bei dem wie beim Beispiel Elektronen an einer von der optischen Achse des Elektronenstrahls getrennten Stelle detektiert werden. Ein Vorteil des Verfahrens, bei dem die Elektronen an der von der optischen Achse getrennten Stelle detektiert werden, besteht darin, dass Elektronen von der Probe vertikal nach oben emittiert werden (zum Spitzenende der Elektronenquelle hin). Weil die von der Probe vertikal nach oben emittierten Elektronen selektiv detektiert werden, kann ein Bild erfasst werden, in dem sich Zusammensetzungsinformationen der Probe stark widerspiegeln. Um Elektronen an der von der optischen Achse getrennten Stelle zu detektieren, müssen die Elektronen jedoch abgelenkt werden. In diesem Fall wird die erforderliche Ablenkstärke durch die Energie der Elektronen festgelegt. Daher ist es einfacher, den Ablenker so auszulegen, dass die Elektronen abgelenkt werden, wenn sie durch den zweiten Strahl laufen, worin die Elektronen eine niedrigere Energie aufweisen, und nicht durch die erste Strahlröhre, woran eine hohe Spannung angelegt ist.
Beispiel 2
9 zeigt eine Grundkonfiguration einer zusammengesetzten mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitenden Vorrichtung gemäß der Ausführungsform. Das Beispiel unterscheidet sich von Beispiel 1 in dem Punkt, dass die Konfiguration des In-der-Säule-Detektors zum Detektieren von der Probe emittierter Elektronen in der Säule und die Montageposition davon von Beispiel 1 abweichen. Die nachstehende Erklärung konzentriert sich auf von Beispiel 1 abweichende Punkte.
Der Detektor gemäß dem Beispiel umfasst einen Szintillator 401, der Elektronen in Licht umwandelt, einen Photodetektor 402, der vom Szintillator emittiertes Licht detektiert, eine Photodetektor-Steuereinrichtung 452, die den Photodetektor steuert, einen Lichtleiter 403 zum Leiten vom Szintillator emittierten Lichts zum Photodetektor und eine dritte Strahlröhre 404, die den Szintillator und den Lichtleiter durchdringt, welche zwischen der ersten Strahlröhre und der zweiten Strahlröhre angebracht ist. Die dritte Strahlröhre und der Szintillator weisen das gleiche Potential auf wie die erste Strahlröhre.
Gemäß der Ausführungsform können ebenso wie in Beispiel 1 auch bei der Halb-Innen-Objektivlinse eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen äußere Störungen, eine hohe Luminanz und eine hohe räumliche Auflösung verwirklicht werden. Ferner gleichen die Potentiale der dritten Strahlröhre und des Szintillators als Komponenten des In-der-Säule-Detektors jenen der ersten Strahlröhre, woran eine hohe Spannung unabhängig vom Modus der Objektivlinse angelegt ist (vom Halb-Innen-Linsentyp und vom Außen-Linsentyp), weshalb das Beispiel den Vorteil aufweist, dass es selbst dann nicht erforderlich ist, die Einstellung des Detektors zu ändern, wenn der Modus der Objektivlinse gewechselt wird. Dementsprechend kann der Benutzer nahtloser zwischen dem Halb-Innen-Linsentyp und dem Außen-Linsentyp wechseln. Zusätzlich ergibt sich, weil die Potentiale des Szintillators und der ersten Strahlröhre gleich sind, der Vorteil, dass es nicht erforderlich ist, eine neue Leistungsquelle und einen neuen Spannungseinbringungsweg für das Anlegen einer Spannung an den Szintillator zu präparieren.
Bezugszeichenliste

101: Elektronenquelle
102: Beschleunigungselektrode
103: erste Sammellinse
104: zweite Sammellinse
105: magnetischer Weg
106: Halb-Innen-Linsen-Spule
107: Außen-Linsen-Spule
108: In-der-Säule-Detektor
109: Ablenker
110: erste Strahlröhre
111: Leistungsquelle für die erste Strahlröhre
112: zweite Strahlröhre
113: Leistungsquelle für die zweite Strahlröhre
114: Betrachtungsprobe
115: Probenkammer
116: Ionenstrahlsäule
117: Probenkammerdetektor
151: Elektronenquellen-Steuereinrichtung
152: Beschleunigungselektroden-Steuereinrichtung
153: erste Sammellinsen-Steuereinrichtung
154: zweite Sammellinsen-Steuereinrichtung
156: Halb-Innen-Linsen-Spulen-Steuereinrichtung
157: Außen-Linsen-Spulen-Steuereinrichtung
158: In-der-Säule-Detektor-Steuereinrichtung
159: Ablenksteuereinrichtung
161: Leistungsquellen-Steuereinrichtung für die erste Strahlröhre
163: Leistungsquellen-Steuereinrichtung für die zweite Strahlröhre
166: Ionenstrahlsäulen-Steuereinrichtung
168: Probenkammerdetektor-Steuereinrichtung
170: integrativer Computer
171: Steuereinrichtung (Tastatur, Maus usw.)
172: Anzeige
201: Spannungswechselschalter
251: Schaltersteuereinrichtung
301a, 301b, 302a, 302b, 303a, 303b, 304d, 304e, 305d, 305e: Verzögerungsteilelektrode
401: Szintillator
402: Photodetektor
403: Lichtleiter
404: dritte Strahlröhre
452: Photodetektor-Steuereinrichtung

Claims

Elektronenstrahlvorrichtung, die Folgendes aufweist: eine Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und eine Objektivlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf eine Probe, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine erste Strahlröhre, die in der Lage ist, eine Spannung festzulegen, nahe der Elektronenquelle und eine zweite Strahlröhre, die in der Lage ist, eine von jener der ersten Strahlröhre verschiedene Spannung festzulegen, nahe der Objektivlinse zwischen der Elektronenquelle und einer Unterfläche der Objektivlinse und eine Eingabevorrichtung, die in der Lage ist, einen Modus auszuwählen, in dem die Spannung der ersten Strahlröhre höher wird als die Spannung der zweiten Strahlröhre.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Eingabevorrichtung einen Modus auswählen kann, in dem die Spannung der ersten Strahlröhre gleich der Spannung der zweiten Strahlröhre wird.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Objektivlinse eine Halb-Innen-Linse oder eine Einzelpollinse ist, die ein Magnetfeld zur Probenseite streut.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Außen-Objektivlinse, die kein Magnetfeld zur Probenseite streut, zusätzlich zur Halb-Innen- oder zur Einzelpol-Objektivlinse bereitgestellt ist.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Modus, in dem eine Spannung nur an die erste Strahlröhre angelegt wird, ausgewählt wird, wenn die Halb-Innen-Objektivlinse oder die Einzelpol-Objektivlinse verwendet wird, und der Modus, in dem eine Spannung an die erste und die zweite Strahlröhre angelegt wird, ausgewählt wird, wenn die Außen-Objektivlinse verwendet wird.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Modus, in dem das Potential der ersten Strahlröhre gleich dem Potential der zweiten Strahlröhre wird, ausgewählt wird, wenn die Außen-Objektivlinse verwendet wird.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 3, welche ferner Folgendes umfasst: eine Ionenstrahlvorrichtung, welche die Probe mit einem Ionenstrahl bestrahlt.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Strahlröhre innerhalb der Objektivlinse angeordnet ist.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Potential der zweiten Strahlröhre ein Massepotential ist.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kriechstrecke zwischen der ersten Strahlröhre und der zweiten Strahlröhre wenigstens 5 mm beträgt.
Elektronenstrahlvorrichtung, welche Folgendes umfasst: eine Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, einen Verzögerungsteil zum Verzögern von der Elektronenquelle erzeugter Elektronen und eine Objektivlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf eine Probe, wobei der Verzögerungsteil zwischen der Elektronenquelle und einem Magnetpol der Objektivlinse angeordnet ist.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Form der Elektroden im Verzögerungsteil eine Kegelform, eine Schalenform oder eine Kegelstumpfform ist.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Verzögerungsteil zwei Elektroden aufweist, die eine Form aufweisen, bei der eine Elektrode die andere bedeckt.
Elektronenstrahlvorrichtung, welche Folgendes umfasst: eine Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, eine Sammellinse zum Fokussieren des von der Elektronenquelle erzeugten Elektronenstrahls und eine Objektivlinse zum Fokussieren des durch die Sammellinse hindurchtretenden Elektronenstrahls auf eine Probe, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine erste Strahlröhre und eine zweite Strahlröhre, worin die Energie des Elektronenstrahls, die erzeugt wird, wenn er durch die Sammellinse hindurchtritt, höher ist als die Energie des Elektronenstrahls, die erzeugt wird, wenn er durch die Objektivlinse hindurchtritt.
Elektronenstrahlvorrichtung, welche Folgendes umfasst: eine Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und eine Objektivlinse zum Fokussieren des von der Elektronenquelle erzeugten Elektronenstrahls auf eine Probe, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: einen Detektor mit einer Strahlröhre, wodurch der von der Elektronenquelle erzeugte Elektronenstrahl hindurchtritt, und eine Elektronenempfangsfläche, durch welche die Strahlröhre verläuft, wodurch von einer Probe emittierte Elektronen detektiert werden, und eine erste Strahlröhre und eine zweite Strahlröhre, worin die Energie, die erzeugt wird, wenn der von der Elektronenquelle erzeugte Elektronenstrahl durch die Strahlröhre hindurchtritt, höher ist als die Energie des Elektronenstrahls, die erzeugt wird, wenn er durch die Objektivlinse hindurchtritt.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Objektivlinse eine Halb-Innen-Linse oder eine Einzelpollinse ist, die ein Magnetfeld zur Probenseite streut.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 16, wobei eine Außen-Objektivlinse, die kein Magnetfeld zur Probenseite streut, zusätzlich zur Halb-Innen- oder zur Einzelpol-Objektivlinse bereitgestellt ist.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 16, welche ferner Folgendes umfasst: eine Ionenstrahlvorrichtung, welche die Probe mit einem Ionenstrahl bestrahlt.
Elektronenstrahlvorrichtung, welche Folgendes umfasst: eine Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, eine Strahlröhre, durch welche der von der Elektronenquelle erzeugte Elektronenstrahl hindurchtritt, eine Objektivlinse zum Fokussieren des von der Elektronenquelle erzeugten Elektronenstrahls auf eine Probe, einen Detektor zum Detektieren von der Probe emittierter Elektronen, der auf der Außenseite einer optischen Achse angeordnet ist, und einen Ablenker zum Ablenken der von der Probe emittierten Elektronen zum auf der Außenseite der optischen Achse angeordneten Detektor hin, wobei eine erste Strahlröhre und eine zweite Strahlröhre bereitgestellt sind, wobei die Energie, die erzeugt wird, wenn der von der Elektronenquelle erzeugte Elektronenstrahl durch die Strahlröhre hindurchtritt, höher ist als die Energie des Elektronenstrahls, die erzeugt wird, wenn er durch den Ablenker und die Objektivlinse hindurchtritt.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Objektivlinse eine Halb-Innen-Linse oder eine Einzelpollinse ist, die ein Magnetfeld zur Probenseite streut.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 20, wobei eine Außen-Objektivlinse, die kein Magnetfeld zur Probenseite streut, zusätzlich zur Halb-Innen- oder zur Einzelpol-Objektivlinse bereitgestellt ist.
Elektronenstrahlvorrichtung nach Anspruch 20, welche ferner Folgendes umfasst: eine Ionenstrahlvorrichtung, welche die Probe mit einem Ionenstrahl bestrahlt.