DE112016000644T5

DE112016000644T5 - Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen

Info

Publication number: DE112016000644T5
Application number: DE112016000644.6T
Authority: DE
Inventors: Yuta Imai; Hideo Morishita; Toshihide Agemura
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2015-02-06
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2036-02-05
Also published as: US10014151B2; WO2016125844A1; JP2016146237A; US20180025885A1; DE112016000644B4; JP6404736B2

Abstract

Diese Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen umfasst eine erste Säule eines geladenen Partikelstrahls (6), eine zweite Säule eines geladenen Partikelstrahls (1), die mit einem Entschleunigungssystem vorgesehen ist und mit einem Detektor (3) innerhalb der Säule versehen ist, einen Probentisch (10), auf dem eine Probe (9) positioniert ist, und eine Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds (13), die um die Spitze der ersten Säule des geladenen Partikelstrahls vorgesehen ist, wobei die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds eine Elektrode ist, die die in der Nähe der Probe gebildete Verteilung des elektrischen Felds korrigiert, und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds zwischen der Probe und der ersten Säule des geladenen Partikelstrahls und auf der gegenüberliegenden Seite von der zweiten Säule des geladenen Partikelstrahls bezüglich der optischen Achse der ersten Säule des geladenen Partikelstrahls positioniert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen.
Technischer Hintergrund
Ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) detektiert Signalelektronen, die erzeugt werden, wenn ein konvergierter Bestrahlungselektronenstrahl eine Probe bestrahlt und scannt und eine Signalstärke an jeder Bestrahlungsposition synchron mit einem Scansignal des Bestrahlungselektronenstrahls anzeigt, wodurch ein zweidimensionales Bild von dem Scanbereich auf der Probenoberfläche erlangt wird. Eine FIB-SEM-Verbundvorrichtung ist bekannt, in der eine Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl (FIB) zur Verarbeitung einer Probe durch Emittieren und Scannen eines fokussierten Ionenstrahls auf der Probe mit einem SEM kombiniert ist, um eine integrierte Vorrichtung zu bilden. In diesem FIB-SEM kann der Zustand der Verarbeitung mit der FIB mit einem hohen Auflösungsgrad von dem SEM beobachtet werden, so dass dies eine präzisere Formverarbeitung einer Probe, wie z. B. die Vorbereitung einer Dünnfilmprobe zur Beobachtung mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM), ermöglicht.
In den letzten Jahren wurde das FIB-SEM umfassend zur Verarbeitung von Proben von Waferformen an der Entwicklungsstelle der fortschrittlichsten Halbleitervorrichtungen verwendet. Auf solchen Gebieten wird eine Niedrigbeschleunigungsbeobachtungsleistung mit einer Strahlungsenergie von circa 1 keV oder weniger als wichtig für den Zweck betrachtet, das Laden und Beschädigungen der Probe, die mit der Elektronenstrahlausstrahlung zum Zeitpunkt der SEM-Beobachtung verursacht werden, zu verhindern, sowie Probeninformationen über die obere Oberfläche zu erlangen. Mit einem im allgemein erhältlichen SEM nimmt jedoch die chromatische Aberration in dem Niedrigbeschleunigungsbereich zu und kann keine hohe Auflösung erlangt werden. Zur Verringerung dieser chromatischen Aberration ist es effektiv, ein optisches Entschleunigungssystem zu verwenden, das ermöglicht, dass der Bestrahlungselektronenstrahl die Objektivlinse mit einer hohen Geschwindigkeit passiert und entschleunigt und den Bestrahlungselektronenstrahl direkt vor der Probe emittiert.
Das optische Entschleunigungssystem ist grob in ein Verzögerungsverfahren und ein Verstärkungsverfahren unterteilt, in Abhängigkeit von einem Unterschied in dem Spannungsanlegeverfahren. Bei dem Verzögerungsverfahren wird die Objektivlinsenseite der SEM-Säule auf Massepotenzial gehalten und wird eine negative Spannung an die Probe angelegt. In dem Verstärkungsverfahren ist eine röhrenförmige Elektrode zum Anlegen einer positiven Spannung entlang der inneren Wand des inneren Magnetwegs der Objektivlinse des SEM vorgesehen und wird die Probe auf das Massepotenzial eingestellt. Sowohl das Verzögerungsverfahren als auch das Verstärkungsverfahren sind dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Bestrahlungselektronenstrahls auf der Elektronenquellenseite von der Objektivlinse bei einem höheren Potenzial ist als die Probe und dass das elektrische Feld, das durch diese Potentialdifferenz gebildet wird und in dem der Bestrahlungselektronenstrahl zur Probe hin entschleunigt, als ein Linsenfeld verwendet wird. Wenn der Bestrahlungselektronenstrahl die Magnetlinse mit hoher Geschwindigkeit passiert, kann die Objektivlinsenaberration in einem Niedrigbeschleunigungsbereich im Vergleich zu dem Fall, wo es kein elektrisches Entschleunigungsfeld gibt, reduziert werden und kann eine hohe Auflösung erlangt werden. Außerdem werden die von der Probe erzeugten Signalelektronen beschleunigt und von diesem elektrischen Feld konvergiert und passieren die Objektivlinse des SEM. In einem solchen System kann ein Detektor (nachstehend als ein Detektor in der SEM-Säule bezeichnet), der in einem Raum angeordnet ist, der auf ein höheres elektrisches Potenzial als die Probe eingestellt ist, um ein elektrisches Entschleunigungsfeld zu erzeugen, effizient die Signalelektronen detektieren, die durch die Objektivlinse passiert sind.
Der Verbesserungseffekt der Auflösung und der Signalelektronendetektionsrate mit dem optischen Entschleunigungssystem hängt von der Stärke des elektrischen Entschleunigungsfelds in der Nähe der Probe ab und je stärker das elektrische Feld ist, desto effektiver ist er. Zur Verbesserung der Auflösung und der Detektionseffizienz kann die Potentialdifferenz zum Bilden des elektrischen Entschleunigungsfelds vergrößert werden. Wenn das optische Entschleunigungssystem jedoch auf das SEM angewendet wird, wird die Achsensymmetrie der Verteilung des elektrischen Feldes bezüglich der optischen Achse des SEM wichtig. Wenn die Verteilung des elektrischen Entschleunigungsfelds aufgrund einer Struktur, die um die SEM-Säule oder eine geneigte Probe herum angeordnet ist, wie eine FIB-Säule, nicht achsensymmetrisch wird, wird die Beobachtungsleistung des SEM deutlich verschlechtert.
Auf dem Gebiet von Halbleitern ist, wenn eine waferförmige Probe mit FIB verarbeitet wird, die Probenoberfläche rechtwinklig zu der optischen Achse der FIB angeordnet und nimmt die Asymmetrie des elektrischen Feldes, das in der Nähe der Probe als das elektrische Entschleunigungsfeld des SEM gebildet wird, zu. Da es in einem System, das das herkömmliche optische Entschleunigungssystem nicht verwendet, keinen wie vorstehend beschrieben Einfluss gibt, erreichen der Bestrahlungselektronenstrahl und der Bestrahlungsionenstrahl die Nähe des Schnittpunkts der optischen SEM-Achse und der optischen FIB-Achse auf der Probe (nachstehend als ein Koinzidenzpunkt bezeichnet), ohne von der Unregelmäßigkeit der Oberfläche der Probe und der Neigungslage abzuhängen. Wenn jedoch die Symmetrie der Verteilung des elektrischen Feldes in der Nähe der Probe nicht gut ist, sind die Bahnen des Bestrahlungselektronenstrahls und des Bestrahlungsionenstrahls gekrümmt und werden nicht zu dem Koinzidenzpunkt auf der Probe geführt. Zusätzlich nimmt nicht nur die Verlagerung der Bahn zu, sondern nimmt auch der Strahlendurchmesser an der Strahlungsposition aufgrund einer Zunahme der asymmetrischen Aberrationskomponente zu, was zu einer Verschlechterung der Auflösung zur Zeit der SEM-Beobachtung führt. Außerdem wird die Umlaufbahn des Signalelektrons gestört, wodurch es schwierig für das Signalelektron wird, den Detektor in der SEM-Säule zu erreichen. Wie vorstehend beschrieben, ist die asymmetrische Verteilung des elektrischen Feldes, die von dem elektrischen Entschleunigungsfeld des SEM bewirkt wird, ein Faktor der Verschlechterung der Leistung des Strahlungssystems und der Leistung des Detektionssystems des SEM und der FIB.
Aus den vorstehend beschriebenen Gründen wird im Fall des Erlangens einer hohen Auflösung mit einer Vorrichtungskonfiguration, wie beispielsweise FIB-SEM, die einen großen Neigungswinkel einer Probe verwendet, oft ein Linsensystem verwendet, das Aberrationen durch Streuung eines Magnetfelds von einer Objektivlinse verwendet, ohne ein optisches Entschleunigungssystem zu reduziert. Wenn jedoch ein Streumagnetfeld von der Objektivlinse des FEM in der Nähe der Probe besteht, wird die Umlaufbahn des Isotopions, das in dem Bestrahlungsionenstrahl der FIB enthalten ist, getrennt, so dass ein Problem entsteht, dass es unmöglich ist, eine gleichzeitige Beobachtung mit dem SEM während der FIB-Verarbeitung auszuführen. Das vorstehend beschriebene Problem wird durch Anwenden des Verstärkungsverfahrens auf die Objektivlinse des SEM mit einem geringen Streumagnetfeld vermieden, um die asymmetrische Verteilung des elektrischen Feldes zu minimieren, das um die Probe gebildet wird.
PTL 1 beschreibt ein Beispiel, in dem eine Schirmelektrode zwischen einer an der Spitze des SEM vorgesehenen Ringelektrode und der optischen Achse der FIB in einem FIB-SEM mit einem solchen daran montierten SEM vorgesehen ist. In PTL 1 wird eine Änderung der Position, wo der Bestrahlungselektronenstrahl auftritt, aufgrund einer asymmetrischen Streuung des elektrischen Feldes von dem Endabschnitt der FIB-Säule 6 durch Anlegen einer Spannung an die Ringelektrode unterdrückt und werden Änderungen in der Position, wo der Ionenstrahl eintrifft, aufgrund des elektrischen Feldes, das durch Anlegen der Spannung an die Ringelektrode gebildet wird, von der Schirmelektrode unterdrückt.
Literaturliste
Patentliteratur

PTL 1: Japanisches Patent mit der Offenlegungsnummer 2013-191571

Kurzbeschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Das in PTL 1 beschriebene SEM ist derart konfiguriert, dass die Asymmetrie der Streuung des elektrischen Feldes relativ klein wird und die Streuung des elektrischen Feldes von der Objektivlinse des SEM auf die Nähe der Probe beschränkt ist. Im Fall eines solchen Systems wird das elektrische Feld in die Richtung, die die optische FIB Achse in die vertikale Richtung schneidet, von der vorstehend beschriebenen Elektrodenanordnung reduziert und kann das Änderungsausmaß in der Strahlankunftsposition in einem erwünschten Bereich unterdrückt werden.
In dem SEM mit einem geringeren Grad an elektrischem Streufeld und magnetischem Streufeld von der Objektivlinse wird jedoch die Brennweite der Objektivlinse lang und nimmt die Objektivlinsenaberration zu, so dass keine hohe Auflösung nicht erlangt werden kann, insbesondere in einem Niedrigbeschleunigungsbereich. Da die Fangeffizienz auch aufgrund des elektrischen Streufelds der in der Probe erzeugten Signalelektronen abnimmt, ist die Signaldetektionsrate des Signalelektrons, das durch die Objektivlinse passiert, mit dem Detektor geringer als dies mit einem SEM mit einem höheren Grad an Streuung des elektromagnetischen Felds erreicht würde. Zusätzlich wird, da die Hauptoberfläche der elektrostatischen Linse an einer Position entfernt von der Probe gebildet ist, der Abstand zwischen dem Ende der Objektivlinse und der Objektivlinse, die in dem Niedrigbeschleunigungsbereich (Arbeitsabstand) beobachtet werden kann, auf einen relativ kurzen Abstand beschränkt.
Andererseits muss sich, wenn die in PTL 1 beschriebene Schirmelektrode auf ein SEM mit einem großen elektrischen Streufeld angewendet wird, um einen hohen Grad an Beobachtungsleistung in dem Niedrigbeschleunigungsbereich zu erlangen, die Schirmelektrode so weit erstrecken, dass sie nahe genug an der Probe ist, um das Krümmen des Bestrahlungsionenstrahls der FIB zu reduzieren. Diese Schirmelektrode ist jedoch eine Struktur mit einem hohen Grad an Asymmetrie bezüglich der optischen Achse des SEM, was zu einem asymmetrischen elektrischen Feld bezüglich der optischen Achse des SEM führt, was die Leistung des Strahlungssystems und das Detektionssystems des SEM beeinflusst. Insbesondere bei der Anordnung, wo eine waferartige Probe dem SEM zugewandt ist, sieht man, dass der negative Effekt aufgrund der Asymmetrie signifikanter wird als in einem System ohne eine Schirmelektrode.
Genauer besteht in der Konfiguration aus PTL 1 ein Kompromiss zwischen dem Abschirmeffekt des elektrischen Feldes zur Reduzierung des Krümmens des Bestrahlungsionenstrahls der FIB aufgrund der Form der Schirmelektrode und dem Effekt der Verbesserung der Achsensymmetrie zur Verbesserung der Leistung des optischen Systems des SEM, und ist es schwierig, die Leistung sowohl des SEM als auch der FIB zu verbessern.
In Anbetracht des vorstehend beschriebenen Problems stellt die vorliegende Erfindung eine Technik bereit, die mit einer Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen, wie beispielsweise ein FIB-SEM, verwendet wird, um eine geeignete Verteilung des elektrischen Felds in der Nähe einer Probe zu schaffen, so dass ohne Verschlechterung der Leistung des Bestrahlungssystems einer der Verbundvorrichtungen für geladenen Partikelstrahlen die Leistung des optischen Systems der anderen Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen erhalten bleibt.
Lösung des Problems
Zur Lösung des vorstehend beschriebenen Problems wird beispielsweise die in den Ansprüchen beschriebene Konfiguration verwendet. Die vorliegende Erfindung umfasst eine Mehrzahl von Einrichtungen zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme, aber bei Beschreibung eines Beispiels davon sind eine Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen, die eine erste Säule des geladenen Partikelstrahls, eine zweite Säule des geladenen Partikelstrahls, die ein optisches Entschleunigungssystem und einen Detektor in einer Säule umfassen, einen Probentisch, auf dem eine Probe positioniert ist, und eine Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds, die um einen Endabschnitt der ersten Säule des geladenen Partikelstrahls vorgesehen ist, vorgesehen. In der Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen ist die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds eine Elektrode, die eine Verteilung des in der Nähe der Probe gebildeten elektrischen Feldes korrigiert und befindet sich die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds zwischen der Probe und der ersten Säule des geladenen Partikelstrahls und an einer gegenüberliegenden Seite der zweiten Säule des geladenen Partikelstrahls bezüglich der optischen Achse der ersten Säule des geladenen Partikelstrahls.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einer Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen eine geeignete Verteilung des elektrischen Feldes in der Nähe einer Probe gebildet, so dass ohne Verschlechterung der Leistung des Bestrahlungssystems einer der Verbundvorrichtungen für geladene Partikelstrahlen die Leistung des optischen Systems der anderen der Verbundvorrichtungen für geladenen Partikelstrahlen erhalten bleibt. Weitere Merkmale in Bezug auf die vorliegende Erfindung werden aus der Beschreibung der vorliegenden Spezifikation und den beiliegenden Zeichnungen zu verstehen sein. Zusätzlich werden die anderen Probleme, Konfigurationen und Effekte als die vorstehend beschriebenen durch die Beschreibung der folgenden Ausführungsformen erklärt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen (FIB-SEM) gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist eine schematische Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen einer SEM-Säule, einer FIB-Säule und einer Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds in einer Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Verteilung von äquipotentialen Linien in einem typischen FIB-SEM.
4 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Verteilung von äquipotentialen Linien in der Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen gemäß der ersten Ausführungsform.
5 ist ein schematisches Diagramm, das eine Modifizierung der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds in der Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
6 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen (FIB-SEM) gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Verteilung von äquipotentialen Linien in einem herkömmlichen FIB-SEM.
8 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Verteilung von äquipotentialen Linien in der Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen gemäß der zweiten Ausführungsform.
9 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen (FIB-SEM) gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es ist anzumerken, dass obgleich die beiliegenden Zeichnungen spezielle Ausführungsformen gemäß dem Prinzip der vorliegenden Erfindung darstellen, diese zum Verständnis der vorliegenden Erfindung gegeben sind und niemals zur Auslegung der vorliegenden Erfindung auf eine beschränkte Weise zu verwenden sind.
In allen Zeichnungen zur Erläuterung der Ausführungsformen und Modifikationen sind denjenigen mit den gleichen Funktionen die gleichen Bezugszahlen gegeben und wird eine wiederholende Beschreibung davon weggelassen.
[Erste Ausführungsform]
1 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Die Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen aus 1 ist ein FIB-SEM, das eine FIB-Säule (erste Säule des geladenen Partikelstrahls) 6 und eine SEM-Säule (zweite Säule des geladenen Partikelstrahls) 1 umfasst. Eine Verstärkungseinrichtung wird auf die SEM-Säule 1 aus 1 angewendet.
Die SEM-Säule 1 umfasst grob eine Elektronenkanone 2 mit einem Mechanismus zum Emittieren eines Bestrahlungselektronenstrahls auf eine Probe 9, eine Blende (nicht gezeigt) zum Begrenzen des Durchmessers des Bestrahlungselektronenstrahls, eine Elektronenlinse, wie beispielsweise eine Kondensorlinse (nicht gezeigt) oder eine Objektivlinse 5, einen Deflektor (nicht gezeigt) zum Scannen des Bestrahlungselektronenstrahls auf der Probe 9 und einen Detektor 3 zum Detektieren des von der Probe 9 erzeugten Signalelektrons.
Die FIB-Säule 6 umfasst grob eine Ionenkanone 7, die mit einem Mechanismus zum Emittieren des Ionenstrahls versehen ist, eine FIB-Fokussierlinse 8 zum Fokussieren des Bestrahlungsionenstrahls und einen Deflektor (nicht gezeigt) zum Ablenken des Bestrahlungsionenstrahls.
Die SEM-Säule 1 und die FIB-Säule 6 können andere Bestandteile (Linsen, Elektroden, Detektoren und dergleichen) als die vorstehend beschriebenen umfassen und sind nicht auf die vorstehend beschriebene Konfiguration beschränkt.
Außerdem hat das FIB-SEM eine Probenkammer. In der Probenkammer ist ein Probentisch 10 mit einer Probe 9 vorgesehen. Der Probentisch 10 hat einen Mechanismus zum Neigen und Bewegen der Probe 9 und dieser Mechanismus kann den Verarbeitungsbereich oder Beobachtungsbereich der Probe 9 bestimmen. Der Probentisch 10 ist dafür konfiguriert, die Oberfläche der Probe 9 in mindestens zwei Richtungen zu halten, d. h. eine Richtung entgegen der optischen Achse der FIB-Säule 6, eine Richtung entgegen der optischen Achse der SEM-Säule 1. Außerdem hat das FIB-SEM eine Vakuumierungsgerätschaft (nicht gezeigt) zum Vakuumieren der Säule.
Das FIB-SEM hat eine Steuereinheit 20 zum Steuern des gesamten SEM und FIB. Die Steuereinheit 20 steuert Bestandteile des SEM und der FIB und führt verschiedene Arten von Informationsverarbeitung aus. Die Steuereinheit 20 hat eine Bildanzeigevorrichtung (nicht gezeigt). Die Steuereinheit 20 zeigt das SEM-Bild und SIM(Scanning Ion Microscope: SIM)-Bild an, die aus der von dem Detektor 3 auf der Bildanzeigevorrichtung erlangten Information erzeugt werden.
Die Steuereinheit 20 kann beispielsweise unter Verwendung eines Allzweck-Computers realisiert werden oder kann als eine Funktion eines auf dem Computer ausgeführten Programms realisiert werden. Der Computer umfasst mindestens einen Prozessor, wie beispielsweise eine CPU (Central Processing Unit), eine Speichereinheit, wie beispielsweise einen Speicher, und eine Speichervorrichtung, wie beispielsweise eine Festplatte. Die Verarbeitung der Steuereinheit 20 kann durch Speichern des Programmcodes in einem Speicher und Ausführen jedes Programmcodes mit dem Prozessor realisiert sein. Es ist anzumerken, dass ein Teil der Steuereinheit 20 durch Hardware, wie beispielsweise eine dedizierte Leiterplatte, gebildet sein kann.
Die in der vorliegenden Ausführungsform gezeigte Objektivlinse 5 der SEM-Säule 1 ist ein Außenlinsentyp mit einem geringen Streumagnetfeld für die Probe 9. Die SEM-Säule 1 hat eine Verstärkungseinrichtung als ein optisches Entschleunigungssystem. Genauer ist in der SEM-Säule 1 die röhrenförmige Elektrode 4 entlang der Innenwand eines Objektivlinsenmagnetpfads 51 der Objektivlinse 5 installiert. Das FIB-SEM hat eine Verstärkungsspannungsquelle 15 zum Anlegen einer Spannung an die röhrenförmige Elektrode 4. Die Spannung von der Verstärkungsspannungsquelle 15 wird von der vorstehend beschriebenen Steuereinheit 20 gesteuert. Die röhrenförmige Elektrode 4 ist auf ein höheres elektrisches Potenzial als der Objektivlinsenmagnetpfad 51 eingestellt. Folglich wird ein elektrisches Entschleunigungsfeld für den Bestrahlungselektronenstrahl zwischen dem Probenseitenende der röhrenförmigen Elektrode 4 und dem Probenseitenende des Objektivlinsenmagnetpfads 51 gebildet, und wenn der Bestrahlungselektronenstrahl das elektrische Feld passiert, ist der Bestrahlungselektronenstrahl derart konfiguriert, dass er zunehmend entschleunigt wird.
Es ist anzumerken, dass die Verstärkungseinrichtung verschiedene Formen haben kann, wie beispielsweise eine Form, in der die röhrenförmige Elektrode 4 in dem Raum in der Nähe der Objektivlinse 5 installiert ist, eine Form, in dem die röhrenförmige Elektrode 4 in dem Raum von der Elektronenkanone 2 zu der Objektivlinse 5 installiert ist, und dergleichen. Der Effekt der in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen Konfiguration kann in verschiedenen Verstärkungsformen vorliegen.
Die Lücke zwischen der röhrenförmigen Elektrode 4 und dem Objektivlinsenmagnetpfad 51 und die Lücke zwischen der röhrenförmigen Elektrode 4 und dem Säulenlinsentubus des SEM sind so konfiguriert, dass sie durch einen Isolator (nicht gezeigt) elektrisch isoliert sind. Zum Erlangen des gleichen Effekts ist es auch möglich, eine röhrenförmige Elektrode 4 aus einem Magnetmaterial als einen Teil des Objektivlinsenmagnetpfads 51 zu verwenden. In diesem Fall sind die röhrenförmigen Elektrode 4 und die Objektivlinse 5 durch einen Isolator (nicht gezeigt) in einem Bereich, in dem die röhrenförmigen Elektrode 4 und die Objektivlinse 5 magnetisch gekoppelt sind, elektrisch voneinander isoliert.
Insbesondere ist es zum Erlangen einer hohen Auflösung unter Beobachtungsbedingungen, wo die Strahlenenergie des Bestrahlungselektronenstrahls 5 keV oder weniger ist, notwendig, die röhrenförmigen Elektrode 4 auf ein hohes elektrisches Potenzial bezüglich der Probe 9 einzustellen und ein elektrisches Entschleunigungsfeld zu bilden. Im Fall der vorliegenden Ausführungsform ist die Potentialdifferenz V_b zwischen der Probe 9 und der röhrenförmigen Elektrode 4 auf circa 10 kV eingestellt. Zu diesem Zeitpunkt kann, wenn das elektrische Streufeld von der Objektivlinse 5 des SEM stärker ist, die Linsenaktion mit einer kürzeren Brennweite in der Nähe der Probe 9 erlangt werden. Dies reduziert die chromatische Aberration, die durch Passage des Bestrahlungselektronenstrahls durch die Objektivlinse bewirkt wird und erhöht den Auflösungsverbesserungseffekt. Dieser Auflösungsverbesserungseffekt ist höher als WD (WD: ein Abstand zwischen dem Ende der Objektivlinse und der Probe), ist kürzer, insbesondere, wenn WD 10 mm oder weniger ist.
Im Fall des FIB-SEM ist es wünschenswert, dass sämtliche Vorgänge, wie beispielsweise Beobachtung, Verarbeitung und Analyse, mit der in der Koinzidenzpunktposition fixierten Probe ausgeführt werden können. In dem SEM, auf das das Verstärkungsverfahren angewendet wird, wirkt jedoch die elektrostatische Linsenaktion stark, wenn die Strahlenenergie circa 2 keV oder weniger ist, und ist der fokussierbare Arbeitsabstand manchmal auf einen kurzen Abstand beschränkt. Wenn WD kurz ist, ist der Raum um die Probe klein und ist es beispielsweise schwierig, Detektoren von verschiedenen Typen von Analysevorrichtungen, wie beispielsweise EDX (Energy Dispersive X-ray Spectrometer), WDX (Wavelength Dispersive X-ray Spectrometer), EBSP (Electron Back-Scattering Pattern), CL (Cathodo Luminescence), anzuordnen. Außerdem ist zur Zeit der Analyse der Detektionsraumwinkel eines von der Probe emittierten Signals auch beschränkt und ist eine Reduzierung des S/N auch ein Problem. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass WD beispielsweise 5 mm oder mehr beträgt, um die Analyse auszuführen. Um dieses Problem zu vermeiden, ist es nur notwendig, das elektrische Streufeld von der Objektivlinse 5 des SEM zu stärken, so dass der Bestrahlungselektronenstrahl mit einer Niedrigbeschleunigung mit einem längeren WD fokussiert werden kann. Folglich können Analyse und Beobachtung mit geringer Strahlenenergie mit dem gleichen WD ausgeführt werden und ist es leicht, den Vorgang auszuführen, und wird der Durchsatz verbessert. Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, ist es wünschenswert, eine Beobachtung mit einem Elektronenstrahl ausführen zu können, dessen Strahlenenergie 0,1 bis 2 keV mit einem WD von 5 bis 20 mm ist, und ist es noch wünschenswerter, die Beobachtung mit einem Elektronenstrahl auszuführen, dessen Strahlenenergie 0,1 bis 1 keV mit einem WD von 5 bis 10 mm ist.
Andererseits erstreckt sich das elektrische Streufeld des SEM auf den Strahlengang der FIB. Wenn die Symmetrie der Verteilung des elektrischen Feldes in der Nähe der Probe nicht gut ist, wird der Bestrahlungsionenstrahl abgelenkt. Je stärker das elektrische Streufeld ist, desto größer wird der Ablenkeffekt. Beispielsweise wird eine Konfiguration angenommen, in der das elektrische Streufeld groß ist, um die SEM-Auflösung bei Niedrigbeschleunigung zu verbessern und hat der Maximalwert des Absolutwerts der Komponente des elektrischen Feldes auf der optischen Achse 17 der FIB in die Richtung rechtwinklig zu der optischen Achse 17 der FIB einen Wert von 50 kV/m oder mehr zwischen dem Ende der FIB-Säule 6 und der Probe 9. In diesem Fall erreicht der Ionenstrahl, der die Probe 9 mit der Strahlungsenergie von 2 keV oder weniger erreicht, die Position mehrere 100 μm oder mehr von der erwünschten Position auf der Probe entfernt. Es ist im Allgemeinen schwierig, diese Menge nur durch den in der FIB installierten elektromagnetischen Deflektor zum Zweck einer Strahlenverlagerung zu korrigieren.
In der vorliegenden Erfindung ist das elektrische Feld an der Position entfernt von dem Ende der Objektivlinse 5 des SEM dafür konfiguriert, stark zu sein. Beispielsweise ist der Maximalwert des von der SEM-Säule 1 erzeugten elektrischen Feldes dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutwert der Komponente des elektrischen Felds auf der optischen Achse 17 der FIB in die Richtung rechtwinklig zu der optischen Achse 17 der FIB einen Wert von 50 kV/m oder mehr zwischen dem Ende der FIB-Säule und der Probe 9 hat. Unter dieser Bedingung kann beispielsweise ein Bestrahlungselektronenstrahl mit einer Strahlungsenergie von 1 keV auf WD von 7 mm oder mehr fokussieren und kann eine Beobachtung ausgeführt werden.
Der Probentisch 10 hat einen Neigungsmechanismus und eine Funktion zum Halten der Probeoberfläche in mindestens zwei Richtungen bezüglich der optischen Achse 16 des SEM und der optischen Achse 17 der FIB. In einem typischen Fall, in dem die Probe 9 eine Waferform hat, hat der Probentisch 10 eine Funktion, die Probenoberfläche während der FIB-Verarbeitung in einem Winkel fast rechtwinklig zu der optischen Achse 17 der FIB zu halten. Während SEM-Beobachtungen mit hoher Auflösung hat der Probentisch 10 eine Funktion, die Probenoberfläche in einem Winkel fast rechtwinklig zu der optischen Achse 16 des SEM zu halten.
Wenn ein Elektronenstrahl oder Ionenstrahl die Probe 9 bestrahlt, wird das Signalelektron von dem in der röhrenförmigen Elektrode 4 installierten Detektor 3 detektiert. Eine Signalverarbeitungseinheit (nicht gezeigt) oder die Steuereinheit 20 erzeugt ein SEM-Bild bzw. ein SIM-Bild auf Grundlage eines Detektionssignals am Detektor 3. Mit dem elektrischen Feld in der Nähe der Probe, das von der an die röhrenförmige Elektrode 4 angelegten hohen Spannung erzeugt wird, bewegen sich die von der Probe 9 erzeugten Signalelektroden in die röhrenförmige Elektrode 4 weiter, während die Signalelektronen in Richtung der Objektivlinse 5 des SEM beschleunigt werden. Aus diesem Grund ist, wenn der Detektor 3 innerhalb der SEM-Säule 1 vorgesehen ist, eine hohe Detektionsausbeute zu erwarten.
Der Detektor 3 ist beispielsweise mit einer ringförmigen Detektionsfläche vorgesehen, die drehsymmetrisch bezüglich der optischen Achse 16 des SEM ist. Der Detektor 3 kann eine Mehrzahl von Detektionsflächen haben oder kann dafür konfiguriert sein, die Signalelektronen gemäß der Bahn der Signalelektronen separat zu detektieren. In diesem Fall können Bilder, die der Energie und dem Winkel der Signalelektronen entsprechen, wenn diese von der Probe 9 emittiert werden, erlangt werden. Ein ähnliches Bild kann durch Einstellen einer Konversionselektrode und das Detektieren von geladenen Partikel erlangt werden, die erzeugt werden, wenn die Signalelektronen mit der Konversionselektrode kollidieren. Ein Detektor auf Grundlage eines elektrischen Felds oder Magnetfelds kann vorgesehen sein und Signalelektronen können unter Verwendung des Ablenkvorgangs zu dem außerhalb der optischen Achse 16 des SEM installierten Detektor geführt werden.
Eine Endelektrode 11 ist in der Nähe-Position des Endes der Objektivlinse 5 des SEM installiert. Die Endelektrode 11 ist von dem Objektivlinsenmagnetpfad 51 elektrisch isoliert. Das FIB-SEM hat eine Endelektrodenspannungsquelle 12 zum Anlegen einer Spannung an die Endelektrode 11. Die Endelektrode 11 hat beispielsweise wünschenswerterweise die Form einer achsensymmetrischen Elektrode bezüglich der optischen Achse 16 des SEM und hat eine Ringform bezüglich der optischen Achse 16 des SEM. Die Form der Endelektrode 11 ist, abhängig von der Endform der FIB-Säule 6, nicht darauf beschränkt. Die Endelektrode 11 kann magnetisch mit dem Objektivlinsenmagnetpfad 51 des SEM gekoppelt sein und der Objektivlinsenmagnetpfad 51 und die Endelektrode 11 können dafür konfiguriert sein, als eine Magnetschaltung zu dienen.
Beispielsweise kann, wie in 1 und 4 gezeigt, die Endelektrode 11 so angeordnet sein, dass sie sich zu der Position zwischen der röhrenförmigen Elektrode 4 und der Probe 9 und dem Endabschnitt der Objektivlinse 5 erstreckt. In dieser Konfiguration kann die Asymmetrie des elektrischen Felds in der Nähe der Probe 9 leichter gesteuert werden. Die Konfiguration der Endelektrode 11 ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann als ein weiteres Beispiel die Endelektrode 11 derart angeordnet sein, dass sie nicht von dem Endabschnitt der Objektivlinse 5 zu der Probe 9 hin hervorsteht (siehe beispielsweise 8). In diesem Fall kann das elektrische Streufeld leicht gestärkt werden.
Ein Merkmal der vorliegenden Ausführungsform ist dasjenige, dass eine Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 zur Korrektur der Verteilung des elektrischen Feldes, das in der Nähe der Probe 9 gebildet ist, in der Position um das Ende der FIB-Säule 6 installiert ist. Die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 ist eine Elektrode zum geeigneten Korrigieren des elektrischen Streufelds von dem Ende der SEM-Säule 1. Das FIB-SEM hat eine Spannungsquelle für die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 14 zum Anlegen einer Spannung an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13.
2 ist eine schematische Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen der SEM-Säule 1, der FIB-Säule 6 und der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 zeigt. Die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 ist zwischen der FIB-Säule 6 und der Probe 9 und auf der gegenüberliegenden Seite der optischen Achse 16 des SEM mit der FIB-Säule 6 dazwischen installiert. Es ist wünschenswert, dass die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 in einer Position angeordnet ist, die nicht sterisch stört, selbst wenn der Neigungswinkel der Probe 9 sich ändert, ohne den WD der Probe 9 zu ändern, die in der Position des Koinzidenzpunkt fixiert ist.
Es ist wünschenswert, dass die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 von der FIB-Säule 6 elektrisch isoliert ist. Wenn jedoch die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 elektrisch mit der FIB-Säule 6 verbunden ist, so dass sie das gleiche Potenzial wie die FIB-Säule 6 hat, können im Grunde die gleichen Effekte wie in der vorliegenden Ausführungsform erlangt werden.
Die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 kann mit einem Positionsbewegungsmechanismus zum Ändern der Position der Elektrode vorgesehen sein. Je nach dem Positionsbewegungsmechanismus kann die Position der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 entsprechend der Probenform, des Probenneigungswinkels und der Lage anderer in der Probe installierten Komponenten geändert werden. Dies hat den Vorteil, dass die Position der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 je nach der Situation in der Probenkammer flexibel geändert werden kann.
3 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Verteilung von äquipotentialen Linien in einem herkömmlichen FIB-SEM, das nicht mit der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 vorgesehen ist. 3 ist ein konzeptuelles Diagramm, das einen Umfangsabschnitt einer Probe in dem Fall zeigt, in dem die Probe 9 derart angeordnet ist, dass sie der FIB-Säule 6 zugewandt ist, mit dem herkömmlichen FIB-SEM, das mit der SEM-Säule vorgesehen ist, auf die das Verstärkungsverfahren angewendet wird.
Im Allgemeinen ist, wenn eine Verarbeitung mit dem Ionenstrahl in dem FIB-SEM ausgeführt wird, wie in 3 gezeigt, die Probe 9 in der Form des Wafers derart angeordnet, dass sie so geneigt ist, dass sie der optischen Achse 17 der FIB zugewandt ist. Aus diesem Grund ist die Probe 9 eine bezüglich der optischen Achse 16 des SEM nicht achsensymmetrische Struktur. Zu diesem Zeitpunkt ist das von der Potentialdifferenz zwischen der Probe 9 und der röhrenförmigen Elektrode 4 erzeugte elektrische Feld bezüglich der optischen Achse 16 des SEM und der optischen Achse 17 der FIB asymmetrisch und hat eine Stärke in die seitliche Richtung bezüglich jeder Achse.
Der Objektivlinsenmagnetpfad 51 des SEM, die FIB-Säule 6 und die Probe 9 sind alle auf das Massenpotenzial eingestellt und eine positive Spannung wird an die röhrenförmige Elektrode 4 angelegt. In diesem Fall wird, wie in 3 gezeigt, die äquipotentiale Linie in der Nähe der Probe 9 verzerrt und wird eine nicht achsen-symmetrische Verteilung bezüglich der optischen Achse 16 des SEM und der optischen Achse 17 der FIB. Mit der Verteilung dieser äquipotentialen Linie wird die Umlaufbahn des Bestrahlungselektronenstrahls, des Bestrahlungsionenstrahls und des Signalelektrons abgelenkt. Der Bestrahlungselektronenstrahl und der Bestrahlungsionenstrahl erreichen eine Position, die sich von dem Punkt unterscheidet, der angenommen wird, wenn kein elektrisches Streufeld in der Nähe der Probe 9 vorhanden ist.
In einer typischen FIB-SEM-Form erreicht, wenn eine Potentialdifferenz von 10 kV zwischen der Probe 9 und der SEM-Säule 1 vorgesehen ist, ein Elektronenstrahl, der die Probe 9 mit einer Energie von circa 1 keV bestrahlt, eine Position 300 μm oder weiter entfernt von der erwünschten Position der Probe 9. Der Ionenstrahl, der die Probe 9 mit einer Energie von 1 keV bestrahlt, erreicht eine Position 300 μm oder weiter entfernt von der gewünschten Position auf der Probe 9. Außerdem kollidieren die meisten von der Probe 9 erzeugten Signalelektronen mit Strukturen in der Nähe des SEM-Endes und erreichen nicht die in der röhrenförmigen Elektrode 4 vorgesehenen Detektoren.
4 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Verteilung von äquipotentialen Linien am Umfangsabschnitt der Probe in dem FIB-SEM gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Endelektrode 11 ist an der Endposition der Objektivlinse 5 des SEM angeordnet und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 ist in der Nähe der Endposition der FIB-Säule 6 angeordnet.
In dem Beispiel aus 4 wird eine geeignete negative Spannung an die Endelektrode 11 und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 angelegt. Durch Anlegen der negativen Spannung an die Endelektrode 11 und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 werden die elektrischen Felder um die optische Achse 16 des SEM und die optische Achse 17 der FIB so korrigiert, dass sie eine achsensymmetrische Verteilung für jede optische Achse gleichzeitig erreichen. Zu diesem Zeitpunkt wird, im Vergleich zu dem Fall, in dem die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 (3) nicht vorgesehen ist, die Strahlenverlagerungsmenge des Bestrahlungselektronenstrahls und des Bestrahlungsionenstrahls auf der Probe 9 reduziert. Die Auflösung kann durch Reduzieren der Aberration der Objektivlinse des SEM verbessert werden. Zusätzlich kann das Signalelektron geeignet auf den Detektor 3 in der SEM-Säule und in der röhrenförmigen Elektrode 4 gerichtet werden.
Zum Erlangen dieses Effektes spielt die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 die Rolle des Anordnens des elektrischen Streufelds von der SEM-Säule 1 derart, dass das elektrische Feld eine Verteilung hat, die achsensymmetrisch bezüglich der optischen Achse 17 der FIB über den Bereich von dem Endabschnitt der FIB-Säule 6 zu der Probe 9 ist. Es ist jedoch notwendig, die Störung des elektrischen Felds symmetrisch bezüglich der optischen Achse 16 des SEM in der Nähe des SEM durch die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 zu verhindern. Somit ist es wünschenswert, dass die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 zwischen der Probe 9 und der FIB-Säule 6 und auf der Seite gegenüber der SEM-Säule 1 bezüglich der optischen Achse 17 der FIB angeordnet ist. Eine Mehrzahl von Elektroden zur Korrektur des elektrischen Felds 13 können in einem Bereich installiert sein, der diese Bedingung erfüllt.
5 zeigt eine Modifizierung der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 in dem FIB-SEM gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Beispielsweise kann, wie in 5 gezeigt, eine Mehrzahl von Elektroden zur Korrektur des elektrischen Felds 13 derart angeordnet sein, dass sie die optische Achse 17 der FIB umgeben. Unter Verwendung einer Mehrzahl von Elektroden zur Korrektur des elektrischen Felds 13 ist es leichter, eine Verteilung des elektrischen Feldes mit einer besseren Symmetrie zu erlangen, und wird erwartet, dass die SEM-Leistung und die FIB-Leistung weiter verbessert werden. Wenn andere Strukturen als die SEM-Säule 1, die FIB-Säule 6 und die Probe 9 in der Kammer vorhanden sind, wie beispielsweise eine Gaseinspritzdüse, Detektoren von verschiedenen Analyseeinrichtungen und dergleichen, ist eine Mehrzahl von Elektroden zur Korrektur des elektrischen Felds 13 wirksam, um den Einfluss auf das elektrische Feld von diesen Strukturen zu verringern.
Es ist wünschenswert, dass eine Spannung an jede der Elektroden 11, 13 angelegt wird, so dass die Endelektrode 11 und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 ein geringes Potenzial bezüglich der Probe 9 haben. Dies ermöglicht eine Korrektur in ein geeigneteres elektrisches Feld. Wenn beispielsweise eine Potentialdifferenz von 10 kV zwischen der röhrenförmigen Elektrode 4 und der Probe 9 vorgesehen ist, wird typischerweise eine Spannung angelegt, sodass die SEM Endelektrode 11 und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 auf ein negatives Potenzial von circa 600 V bezüglich der Probe 9 eingestellt werden. Folglich kann das Änderungsausmaß des Bestrahlungselektronenstrahls an der Ankunftsposition auf ein Zehntel oder weniger im Vergleich zu dem Fall, in dem keine Spannung angelegt wird, reduziert werden. Außerdem kann das Änderungsausmaß der Bestrahlungsionenstrahlankunftsposition um ein Vielfaches oder weniger reduziert werden. Außerdem kann das Signalelektron geeignet in die SEM-Säule geführt werden.
Im Fall der vorliegenden Ausführungsform werden die bevorzugte Form und die bevorzugte Anlegung von Spannung an die Endelektrode 11 und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 von der Endform der Objektivlinse 5 des SEM, der Endform der Fokuslinse 8 (beispielsweise die Objektivlinse und dergleichen) der FIB und der Potentialdifferenz zwischen der Probe 9 und der röhrenförmigen Elektrode 4 bestimmt und hängen nicht von der Beschleunigungsspannung des Bestrahlungselektronenstrahls, der Beschleunigungsspannung des Bestrahlungsionenstrahls und dem Neigungswinkel der Probe 9 ab. Genauer kann, selbst wenn die SEM-Beobachtungsbedingung und/oder die FIB-Verarbeitungsbedingung sich ändern, die an die Endelektrode 11 und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 angelegte Spannung konstant sein und kann jedes optische System leicht gesteuert werden. Somit hat die vorliegende Ausführungsform einen Vorteil darin, dass es möglich ist, die Schwierigkeiten der Einstellung der optischen Achse zu reduzieren, wenn sich die Beobachtungsbedingung und/oder die Verarbeitungsbedingung ändern.
Selbst wenn es eine Änderung in der Bedingung des optischen Entschleunigungssystems gibt (beispielsweise an die röhrenförmigen Elektrode 4 angelegte Spannung), kann nur die an die Endelektrode 11 und Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 angelegte Spannung gesteuert werden, wodurch flexibel mit der Änderung umgegangen werden kann. Die Steuereinheit 20 kann die an die Endelektrode 11 und Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 angelegte Spannung steuern. Beispielsweise kann die Steuereinheit 20 die an die Endelektrode 11 und Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 angelegte Spannung auf Grundlage der an die röhrenförmige Elektrode 4 angelegten Spannung steuern. Folglich können, selbst wenn die Verstärkungsspannung variiert, die SEM-Leistung und die FIB-Leistung, die sich aufgrund der Asymmetrie der Verteilung des elektrischen Feldes verschlechtern, gemäß dem gleichen Prinzip verbessert werden.
Die gleiche Spannung kann an die Endelektrode 11 und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 durch Optimierung der Position und der Form der Endelektrode 11 und der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 angelegt werden. Es ist außerdem möglich, die SEM-Leistung und die FIB-Leistung durch Korrigieren der Verteilung des elektrischen Feldes in der Nähe der Probe 9 zu verbessern. Gemäß dieser Konfiguration sind die Endelektrode 11 und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 mit einer gemeinsamen Spannungsquelle verbunden. Somit besteht ein Vorteil darin, dass die Spannungsquelle vereinheitlicht werden kann und die Anzahl von Spannungsquellen reduziert werden kann.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, selbst wenn Strukturen, die bezüglich der optischen Achse des SEM achsensymmetrisch sind (beispielsweise eine Probe mit einer Waferform, in der die FIB oder der Neigungszustand geändert ist, eine Probe mit hoher Unebenheit und dergleichen) um die SEM-Säule vorhanden sind, auf die das optische Entschleunigungssystem angewendet wird, eine geeignete Verteilung des elektrischen Feldes in der Nähe der Probe 9 durch Anlegen einer geeigneten Spannung an die Endelektrode 11 und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 gebildet. Folglich ist es möglich, gleichzeitig die optische Leistung des SEM und die optische Leistung der FIB zu verbessern. Insbesondere ist es möglich, die Punktform und die Strahlverlagerungsmenge des SEM-Bestrahlungselektronenstrahls, die Strahlverlagerungsmenge des Bestrahlungsionenstrahls der FIB und die Detektionsrate des Signalelektrons, das in der Position detektiert wird, nach Passage der Objektivlinse des SEM zu verbessern.
In der herkömmlichen Konfiguration (beispielsweise PTL 1) haben der Abschirmeffekt des elektrischen Feldes zur Reduzierung der Krümmung des Bestrahlungsionenstrahls der FIB aufgrund der Form der Schirmelektrode und der Effekt der Verbesserung der Achsensymmetrie zur Verbesserung der Leistung des optischen System des SEM eine Kompromiss-Beziehung, so dass es schwierig war, gleichzeitig die Leistung des SEM und der FIB mit einem System zu verbessern, in dem das elektrische Streufeld von der SEM-Säule stark ist. In der vorliegenden Ausführungsform kann, selbst wenn ein SEM mit einem großen elektrischen Streufeld auf einem FIB-SEM montiert ist, eine hohe Leistung des optischen Systems des SEM erhalten bleiben, ohne die Leistung des Strahlungssystems der FIB zu verschlechtern, wenn sich der Probenneigungswinkel ändert.
Insbesondere in der Vorrichtungskonfiguration, in der die Stärke des elektrischen Feldes zwischen der Objektivlinse des SEM und der Probe stark ist und der Bestrahlungselektronenstrahl mit Niedrigbeschleunigung bis zu einem relativ langen Arbeitsabstand fokussiert werden kann, ist die vorliegende Ausführungsform beispielsweise effektiv, wenn ein Bestrahlungselektronenstrahl mit einer Strahlungsenergie von 1 keV an einer Position (Probenoberfläche) entfernt von dem SEM-Säulen-Ende um 5 mm oder mehr und insbesondere 7 mm oder mehr fokussiert werden kann.
[Zweite Ausführungsform]
Eine Ausführungsform eines FIB-SEM, das mit einem SEM vorgesehen ist, auf das eine Verzögerungseinrichtung, wie z. B. ein optisches Entschleunigungssystem angewendet wird, wird erläutert. Wenn die SEM-Säule alleine betrachtet wird, besteht kein grundlegender Unterschied zwischen dem optischen Verstärkungssystem und dem optischen Verzögerungssystem dahingehend, dass beide das elektrische Entschleunigungsfeld auf Grundlage des Unterschiedes zwischen der SEM-Säule und der Probe nutzen. Genauer hat die vorliegende Erfindung, die in dem optischen Verstärkungssystem effektiv ist, den gleichen Effekt für das mit dem optischen Verzögerungssystem vorgesehene SEM.
Betrachtet man das FIB-SEM, ist der Unterschied zwischen dem optischen Verstärkungssystem und dem optischen Verzögerungssystem der Unterschied in dem Potenzial zwischen der Probe 9 und der FIB-Säule 6. Im Fall des optischen Verstärkungssystems sind die Probe 9 und die FIB-Säule 6 im Allgemeinen beim gleichen Potenzial positioniert, so dass die dazwischen gebildete Verteilung des elektrischen Feldes dem elektrischen Streufeld von der SEM-Säule zugeordnet werden kann.
Andererseits tritt im Fall des optischen Verzögerungssystems, das eine negative Spannung an die Probe 9 anlegt, eine Potentialdifferenz zwischen der Probe 9 und der FIB-Säule 6 auf. Somit ist, im Vergleich zu dem Fall des optischen Verstärkungssystems, das elektrische Feld zwischen den beiden stärker. Genauer trägt, wenn es eine nicht-achsensymmetrische Struktur bezüglich der optischen Achse 17 der FIB gibt, ein elektrisches Feld asymmetrisch bezüglich der optischen Achse 17 der FIB auf, so dass die elektrische Feldstärke der optischen Achse 17 der FIB der Komponente in eine Richtung rechtwinklig zu der Achse stärker wird als in einem Fall, in dem das optische Verstärkungssystem angewendet wird.
Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, ist die vorliegende Erfindung nützlich, wenn das elektrische Streufeld von dem SEM groß ist und die Komponente des elektrischen Felds entlang der optischen Achse 17 der FIB in eine Richtung rechtwinklig zu der optischen Achse 17 der FIB groß ist. Genauer kann in einem optischen Verzögerungssystem, in dem das elektrische Feld zwischen der Probe 9 und der FIB-Säule 6 relativ stark wird, der Effekt der Verbesserung der Strahlungsleistung des SEM und der Strahlungsleistung der FIB auch erlangt werden, wenn das achsensymmetrische elektrische Feld korrigiert wird, um eine symmetrische Verteilung für jede der optischen Achsen 16, 17 des FIB-SEM zu erreichen. Die Spannung V_a der Endelektrode 11 und die Spannung V_c der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13, die erforderlich sind, um diese Effekte zu erreichen, sind fast einzig durch die Form der SEM-Säule, die Form der FIB-Säule, die an die Probe 9 angelegte Spannung V_d und die Anordnung und die Form der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 bestimmt.
In der Vorrichtung, auf die das optische Verzögerungssystem angewendet wird, wird angenommen, dass es keine Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 gibt und die Probenoberfläche in die Richtung entgegen der optischen Achse 17 der FIB geneigt ist. In diesem Fall ist das Potenzial der Probe 9 geringer als das Potenzial der FIB-Säule 6 und wird deshalb das Signalelektron, das erzeugt wird, wenn der Elektronenstrahl oder der Ionenstrahl die Probe 9 bestrahlt, wahrscheinlich von dem Ablenkungsvorgang beeinflusst, der von dem elektrischen Feld bewirkt wird, das von der Potentialdifferenz zwischen der Probe 9 und der FIB-Säule 6 gebildet wird, und sich wahrscheinlich in die Richtung der FIB-Säule 6 ausbreitet. Aus diesem Grund wird die Detektionsausbeute in dem Detektor 3 in der SEM-Säule 1 wesentlich reduziert.
Im Gegensatz dazu ist in der vorliegenden Ausführungsform die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 zwischen der Probe 9 und der FIB-Säule 6 und bezüglich der optischen Achse 17 der FIB auf der entgegengesetzten Seite der SEM-Säule angeordnet. Durch Anlegen einer negativen Spannung an diese Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 ist es möglich, das Signalelektron in die Richtung der SEM-Säule 1 zu führen. Die Bahn des Signalelektrons wird durch die Form der SEM-Säule, die Form der FIB-Säule, die Anordnung und die Form der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13, der Spannung V_a der Endelektrode 11 und der Spannung V_c der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 bestimmt. Genauer werden mit jeglicher Form der SEM-Säule und Form der FIB-Säule die Form und die Anordnung der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 derart optimiert, dass das Signalelektron, wenn V_a an die Endelektrode 11 angelegt wird und V_c an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 angelegt wird, den in der SEM-Säule 1 vorgesehenen Detektor 3 erreicht. Folglich können die Leistung des SEM-Strahlensystems, die Leistung des FIB-Detektionssystems und die Leistung der Signalelektronendetektion gleichzeitig verbessert werden.
6 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das ein FIB-SEM zeigt, das mit einem SEM mit einem optischen Verzögerungssystem als ein optisches Entschleunigungssystem vorgesehen ist. Die grundlegenden Bestandteile des FIB-SEM sind denen in der ersten Ausführungsform beschrieben ähnlich.
Die Objektivlinse 5 des in der vorliegenden Ausführungsform gezeigten SEM ist ein Semi-In-Linsen-Typ, der bewirkt, dass das Magnetfeld die Probe 9 passiert. Da die Objektivlinse 5 des Semi-In-Linsen-Typ eine Magnetfeldlinse ist, deren Brennweite kurz ist, ist die Aberration kleiner und kann eine hohe Auflösung im Vergleich zu dem Außenlinsentyp, der das Magnetfeld nicht auf die Probe 9 streut, erreicht werden. Außerdem kann unter Verwendung des optischen Verzögerungssystems eine Beobachtung mit hoher Auflösung speziell in dem Niedrigbeschleunigungsbereich ausgeführt werden.
Der Probentisch 10 hat eine Spannungsquelle 18, die eine Spannung an die Probe 9 anlegen kann. Die Spannung von der Spannungsquelle 18 kann von der Steuereinheit 20 gesteuert werden. In einem typischen Fall sind die FIB-Säule 6 und die SEM-Säule 1 bei einem Massepotenzial und wird eine negative Spannung V_d an die Probe 9 angelegt. Folglich wird ein elektrisches Entschleunigungsfeld für den Bestrahlungsionenstrahl zwischen der SEM-Säule 1 und der Probe 9 erzeugt, so dass die Auflösung des SEM verbessert werden kann. Eine negative Spannung, die an die Probe 9 anzulegen ist, um die Auflösung zu verbessern, wird vorzugsweise derart eingestellt, dass die Potentialdifferenz zwischen der Probe 9 und dem Ende der Objektivlinse 5 des SEM 1 kV oder mehr beträgt, und wenn die Potentialdifferenz höher ist, den Effekt der Verbesserung der Auflösung noch mehr verbessert. Ein geeigneter Spannungswert kann jedoch abhängig von dem Arbeitsabstand (WD) zwischen der Probe 9 und dem Endabschnitt der Objektivlinse 5 geändert werden, so dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
Wenn der Elektronenstrahl oder der Ionenstrahl auf die Probe 9 strahlt, wird das Signalelektron von dem in der SEM-Säule installierten Detektor 3 detektiert. Ein SEM-Bild oder ein SIM-Bild wird auf Grundlage des Detektionssignals mit dem Detektor 3 erlangt.
Der Detektor 3 hat beispielsweise eine ringförmige Detektionsfläche, die bezüglich der optischen Achse 16 des SEM drehsymmetrisch angeordnet ist. Der Detektor 3 kann eine Mehrzahl von Detektionsflächen haben oder kann die Signalelektronen detektieren, wobei je nach der Bahn des Signalelektrons unterschieden wird. In diesem Fall können Bilder entsprechend der Energie und des Winkels des Signalelektrons erlangt werden, wenn sie von der Probe 9 emittiert werden. Eine Konversionselektrode kann an der gleichen Position wie die Detektionsfläche des Detektors 3 installiert sein und ein geladener Partikel, der erzeugt wird, wenn das Signalelektron mit der Konversionselektrode kollidiert, kann von dem in der Nähe der Konversionselektrode installierten Detektor detektiert werden, so dass ein ähnliches Bild erlangt werden kann. Ein Detektor auf Grundlage eines elektrischen Felds oder Magnetfeldes kann in der SEM-Säule 1 angeordnet sein und ein Signalelektron kann unter Verwendung des Ablenkungseffekts in den außerhalb der optischen Achse 16 des SEM installierten Detektor eingeführt werden.
Die Endelektrode 11 ist an der Endposition der Objektivlinse 5 des SEM installiert. Die Anordnung der Endelektrode 11 ist wie in der ersten Ausführungsform beschrieben. Die Endelektrode 11 ist elektrisch von dem Objektivlinsenmagnetpfad 51 isoliert. Das FIB-SEM hat auch eine Endelektrodenspannungsquelle 12 zum Anlegen einer Spannung an die Endelektrode 11. Obwohl es wünschenswert ist, dass die Endelektrode 11 eine achsensymmetrische Elektrodenform bezüglich der optischen Achse 16 des SEM hat, ist die Endelektrode 11, abhängig von der Form des Endes der FIB-Säule 6, nicht darauf beschränkt. Die Endelektrode 11 kann magnetisch mit dem Objektivlinsenmagnetpfad 51 des SEM gekoppelt sein. Der Objektivlinsenmagnetpfad 51 und die Endelektrode 11 können derart konfiguriert sein, dass sie als eine Magnetschaltung dienen.
Eine Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 zum Korrigieren der Verteilung des in der Nähe der Probe 9 gebildeten elektrischen Felds ist in der Position in der Nähe des Endes der FIB-Säule 6 installiert. Das FIB-SEM hat eine Spannungsquelle für die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 14 zum Anlegen von Spannung an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13. Die Anordnung der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 ist wie in der ersten Ausführungsform beschrieben. Genauer ist die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 zwischen der FIB-Säule 6 und der Probe 9 installiert. Zusätzlich ist die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 an der entgegengesetzten Seite der optischen Achse 16 des SEM mit der FIB-Säule 6 dazwischen installiert.
Es ist wünschenswert, dass die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 elektrisch von der FIB-Säule 6 isoliert ist. Allerdings können im Grunde die gleichen Effekte wie in der vorliegenden Ausführungsform erlangt werden, selbst dann, wenn die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 elektrisch mit der FIB-Säule 6 verbunden ist und das Potenzial der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 das gleiche wie das der FIB-Säule 6 ist.
Die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 kann mit einem Positionsbewegungsmechanismus zum Ändern der Position der Elektrode vorgesehen sein. Je nach Positionsbewegungsmechanismus kann die Position der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 entsprechend der Probenform, des Probenneigungswinkels und der Lage von anderen in der Probenkammer installierten Komponenten geändert werden. Dies ermöglicht es, die Position der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 entsprechend der Lage in der Probenkammer flexibel zu ändern.
7 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Verteilung von äquipotentialen Linien in einem herkömmlichen FIB-SEM. 7 ist eine Konzeptansicht, die die Nähe der Probe in dem Fall zeigt, in dem die Probe 9 bezüglich der SEM-Säule 1 in dem herkömmlichen FIB-SEM, das mit einer SEM-Säule mit einem optischen Verzögerungssystem vorgesehen ist, geneigt ist.
Das optische Verzögerungssystem, in dem der Objektivlinsenmagnetpfad 51 des SEM und die FIB-Säule 6 auf das Massepotenzial eingestellt sind und die Spannung an die Probe 9 angelegt wird, um sie zu einem negatives Potenzial zu machen, wird verwendet. In diesem Fall wird, wie in 7 gezeigt, die äquipotentiale Linie verzerrt und wird zu einer nicht achsensymmetrischen Verteilung bezüglich der optischen Achse 16 des SEM und der optischen Achse 17 der FIB. Die Verteilung dieser äquipotentialen Linie lenkt die Umlaufbahn des Bestrahlungselektronenstrahls, des Bestrahlungsionenstrahls und des Signalelektrons ab. Der Bestrahlungselektronenstrahl und der Bestrahlungsionenstrahl erreichen eine Position, die sich von dem Punkt unterscheidet, der angenommen wird, wenn es kein elektrisches Streufeld in der Nähe der Probe 9 gibt.
Die Umlaufbahnänderung durch das elektrische Streufeld hängt von der Endform der SEM-Säule 1 und der Endform der FIB-Säule 6 ab, aber als Beispiel wird eine bestimmte typische Form angenommen. Wenn eine Potentialdifferenz von 1 kV zwischen der Probe 9 und beiden Säulen vorgesehen ist, erreicht der Elektronenstrahl, der auf die Probe 9 mit einer Energie von circa 1 keV strahlt, eine Position 500 μm oder weiter entfernt von der erwünschten Position auf der Probe 9. Die meisten der von der Probe 9 erzeugten Signalelektronen kollidieren mit der Struktur in der Nähe des Endes der SEM-Säule 1 oder bewegen sich in Richtung der FIB-Säule 6. Somit erreicht das Signalelektron nicht den Detektor in der SEM-Säule, um das Signalelektron zu detektieren, das die Objektivlinse 5 passiert. Außerdem nimmt aufgrund der Verteilung des elektrischen Feldes, die bezüglich der optischen Achse 16 des SEM nicht achsensymmetrisch ist, die Objektivlinsenaberration des SEM zu und verschlechtert sich die Auflösung des Bestrahlungselektronenstrahls. Insbesondere nehmen Koma und Astigmatismus deutlich zu. Obwohl Astigmatismus unter Verwendung eines Astigmatismuskorrektors korrigiert werden kann, kann Koma nicht korrigiert werden.
8 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Verteilung von äquipotentialen Linien in dem FIB-SEM gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 8 ist eine Konzeptansicht, die die Nähe der Probe zeigt, wenn die Endelektrode 11 an der Endposition der Objektivlinse 5 des SEM positioniert ist und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 in der Nähe der Endposition der FIB-Säule 6 angeordnet ist.
Durch Anlegen einer negativen Spannung an die Endelektrode 11 und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 ist es möglich, die Korrektur gleichzeitig auszuführen, sodass das elektrische Feld um die optische Achse 16 des SEM und die optischen Achse 17 der FIB eine symmetrische Verteilung bezüglich der Achse erlangt. In dem Beispiel aus 8 wird eine geeignete negative Spannung an die Endelektrode 11 und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 angelegt. Durch Anlegen der Spannung an die Endelektrode 11 und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 wird das elektrische Feld auf dem Weg des Bestrahlungselektrodenstrahls zu einer äquipotentialen Linie nahe Achsensymmetrie bezüglich der optischen Achse 16 des SEM und ist das elektrische Feld auf dem Weg des Bestrahlungsionenstrahls eine äquipotentiale Linie nahe Achsensymmetrie bezüglich der optischen Achse 17 der FIB. Folglich wird die Position der Probe 9, die der Bestrahlungselektronenstrahl und der Bestrahlungsionenstrahl erreichen, im Vergleich zu dem Fall, in dem keine Spannung an die Elektrode angelegt wird, verbessert (7). Die Auflösung kann durch Reduzieren der Objektivlinsenaberration des SEM verbessert werden.
Zusätzlich kann durch Optimierung der Form und der Anordnung der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 die Umlaufbahn des Signalelektrons geeignet in die SEM-Spalte 1 geleitet werden.
Es ist wünschenswert, dass die Spannung an jede der Elektroden 11, 13 derart angelegt wird, dass die Endelektrode 11 und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 geringere Potenziale haben als die Probe 9. Dies ermöglicht die Korrektur zu einem geeigneteren elektrischen Feld. Als Beispiel wird angenommen, dass eine negative Spannung von 1 kV an die Probe 9 als Verzögerungsspannung angelegt wird. In diesem Fall wird typischerweise die Spannung an jede der Elektroden 11, 13 derart angelegt, dass die Endelektrode 11 und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 ein negatives Potenzial von circa 100 V bezüglich der Probe 9 erreichen, und folglich die Änderung der Ankunftsposition des Bestrahlungselektronenstrahls im Vergleich zu dem Fall, in dem die Spannung nicht angelegt wird auf ein Fünftel oder weniger, reduziert werden kann. Zusätzlich kann das Signalelektron geeignet in die SEM-Säule 1 geführt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde die Konfiguration unter Verwendung der Objektivlinse 5 vom Semi-In-Linsen-Typ zur Erläuterung verwendet, aber selbst, wenn eine Objektivlinse 5 eines Außenlinsentyps zur Beobachtung einer Probe aus Magnetsubstanz und gleichzeitigen Beobachtung mit der FIB verwendet wird, sind diese im Prinzip ähnlich und können die gleichen Effekte erlangt werden. Eine Konfiguration, die den Streustatus des Magnetfelds wechseln kann, wird durch Kombination einer Objektivlinse vom Außenlinsentyp 5 ohne Magnetstreuung und einem Semi-In-Linsen-Typ oder einer Objektivlinse 5 vom Einzelpoltyp mit Magnetstreuung, geschaffen, so dass eine Beobachtung gemäß der Anwendung ausgeführt werden kann.
[Dritte Ausführungsform]
In der ersten oder zweiten Ausführungsform wurde die Konfiguration erläutert, in der eine negative Spannung sowohl an die am Ende der SEM-Säule 1 installierte Endelektrode 11 und der in der Nähe des Endes der FIB-Säule 6 angeordneten Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 angelegt wird. Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, den nachteiligen Effekt auf die SEM- und die FIB-Leistung aufgrund des asymmetrischen elektrischen Felds zu verbessern. Im Prinzip wird, wenn eine negative Spannung an die Endelektrode 11 angelegt wird, das elektrische Streufeld reduziert und kann die Asymmetrie bezüglich der optischen Achse 16 des SEM verbessert werden. Dies schwächt jedoch das elektrische Entschleunigungsfeld und folglich wird die Brennweite der elektrostatischen Linse länger als wenn die Spannung nicht an die Endelektrode 11 angelegt wird. Folglich nehmen die chromatische Aberration und die sphärische Aberration des SEM zu und wird es unmöglich, die ursprünglich vorgesehene Beobachtungsleistung zu maximieren. Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Verfahren zum Lösen eines ähnlichen Problems unter Verwendung der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 und einer Steuervorrichtung zum Steuern der an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 angelegte Spannung ohne Verwendung der Endelektrode 11 beschrieben.
In dem FIB-SEM, das mit dem SEM unter Verwendung des elektrischen Entschleunigungsfelds vorgesehen ist, wurde der negative Effekt auf die Leistung des SEM und die Leistung der FIB aufgrund der Störung der Verteilung des elektrischen Feldes, die durch die asymmetrische Struktur bewirkt wird, bereits in der ersten und der zweiten Ausführungsform beschrieben. Um diese nachteiligen Effekte zu verbessern, reicht es aus, dass die Symmetrie des elektrischen Feldes bezüglich der optischen Achse 16 des SEM während der SEM-Beobachtung aufrechterhalten werden kann und bei der FIB-Verarbeitung die Symmetrie des elektrischen Feldes bezüglich der optischen Achse 17 der FIB aufrechterhalten werden kann.
9 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen (FIB-SEM) gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. Das FIB-SEM hat ein optisches Entschleunigungssystem, das das Verstärkungsverfahren oder das Verzögerungsverfahren verwendet. Die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 ist zwischen der FIB-Säule 6 und der Probe 9 und auf der gegenüberliegenden Seite der SEM-Säule 1 bezüglich der optischen Achse 17 der FIB angeordnet (gegenüber der optischen Achse 16 des SEM mit der FIB-Säule 6 dazwischen). Das FIB-SEM hat eine Spannungsquelle für die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 14 zum Anlegen von Spannung an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 und eine Spannungssteuereinheit 19 zum Steuern der an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 angelegten Spannung. Die Spannungssteuereinheit 19 kann an der vorstehend beschriebenen Steuereinheit 20 montiert sein.
In dem Fall, in dem ein optisches Entschleunigungssystem verwendet wird, tritt Asymmetrie in der Verteilung des elektrischen Feldes auf, wenn eine achsensymmetrische Struktur vorhanden ist. Dies beeinflusst die Leistung des SEM und die Leistung der FIB nachteilig. Andererseits kann durch Anlegen einer geeigneten Spannung V_sem an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 das elektrische Feld in der Nähe der Probe 9 bezüglich der optischen Achse 16 des SEM symmetrisch gemacht werden. Zu diesem Zeitpunkt wird der Bestrahlungselektronenstrahl des SEM konvergiert und zu einer erwünschten Position auf der Probe induziert. Zusätzlich wird das Signalelektron geeignet zu dem Detektor 3 geführt, der sich in der SEM-Säule 1 befindet. Die Spannung V_sem wird auf Grundlage der Probenankunftsposition des Bestrahlungselektronenstrahls und der Menge des Bestrahlungsionenstrahls eingestellt, in dem das Signalelektron an dem Detektor 3 in der SEM-Säule Signalelektrons eintrifft, das erzeugt wird, wenn der Elektronenstrahl auf die Probe 9 strahlt.
Auf ähnliche Weise kann durch Anlegen einer anderen geeigneten Spannung V_FIB an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 das elektrische Feld bezüglich der optischen Achse 17 der FIB in die Nähe der Probe 9 symmetrisch gemacht werden. Zu dieser Zeit wird der Bestrahlungsionenstrahl fokussiert und an der erwünschten Position auf der Probe induziert. Die Spannung V_FIB wird auf Grundlage der Probenposition eingestellt, wo der Bestrahlungsionenstrahl auftrifft.
Hier steuert die Spannungssteuereinheit 19 die an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 angelegte Spannung gemäß dem Typ der Linie der geladenen Partikel, die auf die Probe 9 strahlen. Genauer hat das FIB-SEM einen Mechanismus zum Wechseln zwischen dem Bestrahlungselektronenstrahl und dem Bestrahlungsionenstrahl, die auf die Probe 9 strahlen. Die Spannungssteuereinheit 19 legt die Spannung V_FIB an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 an, wenn der Bestrahlungsionenstrahl auf die Probe 9 strahlt. Andererseits legt die Spannungssteuereinheit 19 die Spannung V_sem an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 an, wenn der Bestrahlungselektronenstrahl auf die Probe 9 strahlt. Die Spannungssteuereinheit 19 wechselt die Spannung V_FIB und die Spannung V_sem entsprechend der Zeit der Strahlung der Linie geladener Partikel. Dies ermöglicht eine Verbesserung der Leistung des SEM während der SEM-Beobachtung und der Leistung bei der Verarbeitung der FIB.
In dieser Konfiguration kann bei der Konfiguration, bei der die Endelektrode 11 nicht in dem SEM vorgesehen ist (Konfiguration ohne Anlegung von Spannung an die Endelektrode) die Asymmetrie des elektrischen Felds in der Nähe der Probe 9 verbessert werden. Somit ist es möglich, eine Beobachtung auszuführen, die die ursprüngliche Leistung des SEM maximiert. Dies ist beispielsweise besonders nützlich zur Beobachtung des Endzustands der Probe 9 nach der Verarbeitung mit der FIB.
Wenn nur die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 verwendet wird, ist es unmöglich, die Leistungen des SEM und der FIB im Prinzip gleichzeitig zu verbessern. Im Gegensatz dazu ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Mechanismus zum Wechseln zwischen dem Bestrahlungselektronenstrahl und dem Bestrahlungsionenstrahl vorgesehen, die auf die Probe 9 strahlen. Die Spannungssteuereinheit 19 legt eine Spannung entsprechend jeder der Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds 13 gemäß dem Typ der Linie geladener Partikel an, die auf die Probe strahlt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst verschiedene Modifikationen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurden im Detail beschrieben, um die vorliegende Erfindung auf eine leicht verständliche Weise zu erläutern, und sind nicht notwendigerweise auf diejenigen mit sämtlichen hierin beschriebenen Konfigurationen beschränkt. Ein Teil einer Konfiguration einer Ausführungsform kann durch eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden. Eine Konfiguration einer Ausführungsform kann einer Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Außerdem kann bezüglich eines Teils der Konfiguration ihrer Ausführungsform eine andere Konfiguration hinzugefügt, weggelassen oder ersetzt werden.
Obgleich vorstehend die Ausführungsform des FIB-SEM beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung auch auf eine Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen angewendet werden, die zwei oder mehr Verbundvorrichtungen für geladene Partikelstrahlen kombiniert, ohne von der Idee der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die Verarbeitung der vorstehend beschriebenen Steuereinheiten 19 und 20 kann auch durch einen Softwareprogramm-Code realisiert werden, der diese Funktionen implementiert. In diesem Fall wird ein Speichermedium, das den Programmcode speichert, in einem System oder in einer Vorrichtung vorgesehen, und liest einen Computer (oder eine CPU oder eine MPU) des Systems oder der Vorrichtung den in dem Speichermedium gespeicherten Programmcode. In diesem Fall realisiert der aus dem Speichermedium ausgelesene Programmcode selber die Funktion der vorstehend beschriebenen Ausführungsform und bilden der Programmcode selber und das den Programmcode speichernde Speichermedium die vorliegende Erfindung. Beispielsweise wird eine Diskette, eine CD-ROM, eine DVD-ROM, eine Festplatte, eine optische Diskette, ein magneto-optischer Datenträger, eine CD-R, ein Magnetband, ein nichtflüchtiger Speicher, ein ROM oder dergleichen als Speichermedium zur Bereitstellung eines solchen Programmcodes verwendet.
Die hierin beschriebenen Prozesse und Techniken beziehen sich nicht inhärent auf jegliche besondere Vorrichtung und können durch jegliche geeignete Kombination von Komponenten implementiert werden. Außerdem können verschiedene Typen von Allzweckvorrichtungen verwendet werden. In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, eine dedizierte Vorrichtung zu bilden, um die hierin beschriebenen Verarbeitung auszuführen. Genauer können Teile der vorstehend beschriebenen Steuereinheiten 19 und 20 mit Hardware unter Verwendung von Elektronenkomponenten, wie beispielsweise integrierten Schaltungen, realisiert werden.
Außerdem sind in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform nur Steuerleitungen und Informationsleitungen gezeigt, die zu Erläuterungszwecken erforderlich betrachtet werden, und sind nicht sämtliche Steuerleitungen und Informationsleitungen als ein Produkt gezeigt. Sämtliche Konfigurationen können miteinander verbunden werden.
Bezugszeichenliste

1: SEM-Säule
2: Elektronenkanone
3: Detektor
4: röhrenförmige Elektrode
5: Objektivlinse
51: Objektivlinsenmagnetpfad
6: FIB-Säule
7: Ionenkanone
8: FIB-Fokussierlinse
9: Probe
10: Probentisch
11: Endelektrode
12: Endelektrodenspannungsquelle
13: Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds
14: Spannungsquelle für die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds
15: Verstärkungsspannungsquelle
16: optische-SEM Achse
17: optische FIB-Achse
18: Verzögerungsspannungsquelle
19: Spannungssteuereinheit
20: Steuereinheit

Claims

Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen mit: einem Probentisch, auf dem eine Probe positioniert wird; einer Ionenstrahlsäule; einer Elektronenstrahlsäule, die ein optisches Entschleunigungssystem und einen Detektor in einer Säule umfasst; und einer Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds, die um einen Endabschnitt der Ionenstrahlsäule herum vorgesehen ist und die eine um die Probe gebildete Verteilung des elektrischen Feldes korrigiert, wobei die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds sich zwischen der Probe und der Ionenstrahlsäule und an einer gegenüberliegenden Seite der Elektronenstrahlsäule bezüglich einer optischen Achse der Ionenstrahlsäule befindet.
Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen nach Anspruch 1, die ferner eine Endelektrode um den Endabschnitt der Elektronenstrahlsäule umfasst.
Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen nach Anspruch 2, wobei die Endelektrode eine achsensymmetrische Form bezüglich der optischen Achse der Elektronenstrahlsäule hat.
Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen nach Anspruch 1, die ferner eine Steuereinheit umfasst, die eine an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds angelegte Spannung steuert, wobei die Steuereinheit eine an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds angelegte Spannung auf Grundlage einer Potentialdifferenz zwischen der Probe und der Elektronenstrahlsäule steuert.
Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen nach Anspruch 2, die ferner eine Steuereinheit umfasst, die eine an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds und die Endelektrode angelegte Spannung steuert, wobei die Steuereinheit eine an die Endelektrode angelegte Spannung und eine an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds angelegte Spannung auf Grundlage einer Potentialdifferenz zwischen der Probe und der Elektronenstrahlsäule steuert.
Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen nach Anspruch 2, wobei die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds und die Endelektrode dafür konfiguriert sind, die gleiche Spannung anzulegen, und die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds und die Endelektrode mit einer gemeinsamen Spannungsquelle verbunden sind.
Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen nach Anspruch 1, wobei ein Maximalwert eines Absolutwertes einer Komponente eines von der Elektronenstrahlsäule erzeugten elektrischen Felds und auf der optischen Achse der Ionenstrahlsäule in eine Richtung rechtwinklig zu der optischen Achse einen Wert von 50 kV/m oder mehr hat.
Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen nach Anspruch 1, wobei der Probentisch dafür konfiguriert ist, die Oberfläche der Probe in mindestens zwei Richtungen zu halten, d. h. eine Richtung entgegen der optischen Achse der Ionenstrahlsäule und eine Richtung entgegen der optischen Achse der Elektronenstrahlsäule.
Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen nach Anspruch 1, wobei eine Strahlenenergie von der Elektronenstrahlsäule 0,1 bis 2 keV beträgt und eine Probenoberfläche beobachtet werden kann, wo ein Ende der Elektronenstrahlsäule und eine Oberfläche der Probe um einen Abstand von 5 bis 20 mm entfernt sind.
Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen nach Anspruch 1, wobei die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds einen Positionsbewegungsmechanismus zum Ändern einer Position der Elektrode umfasst.
Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen nach Anspruch 1, die ferner eine Steuereinheit umfasst, die eine an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds angelegte Spannung steuert, wobei, wenn ein Ionenstrahl von der Ionenstrahlsäule auf die Probe strahlt, die Steuereinheit eine erste Spannung an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds anlegt und wenn ein Elektronenstrahl von der Elektronenstrahlsäule auf die Probe strahlt, die Steuereinheit eine zweite Spannung an die Elektrode zur Korrektur des elektrischen Felds steuert.
Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen nach Anspruch 11, wobei die erste Spannung auf Grundlage einer Strahlungsposition eingestellt wird, wo der Ionenstrahl auf die Probe strahlt, und die zweite Spannung auf Grundlage einer Strahlungsposition, wo der Elektronenstrahl auf die Probe strahlt, und einer Stärke mit dem Detektor, der ein Signalelektron detektiert, das erzeugt wird, wenn der Elektronenstrahl auf die Probe strahlt, eingestellt wird.
Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen nach Anspruch 1, wobei die Ionenstrahlsäule eine Fokussierionenstrahlsäule ist und die Elektronenstrahlsäule eine rasterelektronenmikroskopische Säule ist.
Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen nach Anspruch 1, wobei das optische Entschleunigungssystem ein optisches Verstärkungssystem ist, das von einer Elektrode gebildet wird, die entlang einer Objektivlinse in der Elektronenstrahlsäule angeordnet ist.
Verbundvorrichtung für geladene Partikelstrahlen nach Anspruch 1, wobei das optische Entschleunigungssystem ein optisches Verzögerungssystem ist, das von einer elektrischen Energiequelle gebildet wird, die eine Spannung an die Probe oder den Probentisch anlegt.