DE112016006577T5

DE112016006577T5 - Ladungsträgermikroskop und Verfahren zum Abbilden einer Probe

Info

Publication number: DE112016006577T5
Application number: DE112016006577.9T
Authority: DE
Inventors: Minami Shouji; Natsuki Tsuno; Yuusuke Oominami
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2018-11-22
Also published as: WO2017183168A1; CN109075002A; US20210233740A1; JP6539779B2; CN109075002B; JPWO2017183168A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Elektronenmikroskop und ein Beobachtungsverfahren, mit denen Sekundärelektronen in der Atmosphäre beobachtet werden können.Im Einzelnen enthält ein Ladungsträgermikroskop der Erfindung: eine Trennwand, die einen nicht evakuierten Raum, in den eine Probe geladen ist, von einem evakuierten Raum innerhalb eines optischen Ladungsträger-Objektivtubus trennt; eine obere Elektrode; eine untere Elektrode, auf die die Probe geladen ist; eine Stromversorgung zum Anlegen einer Spannung an wenigstens eine aus der oberen Elektrode und der unteren Elektrode; einen Probenspaltanpassungsmechanismus zum Anpassen eines Spalts zwischen der Probe und der Trennwand; und eine Bildbildungseinheit zum Bilden eines Bildes der Probe basierend auf dem Strom, der durch die untere Elektrode absorbiert wird. Die Sekundärelektronen werden unter Verwendung eines Verstärkungseffekts aufgrund der lonisationsstöße zwischen Elektronen und Gasmolekülen, der erzeugt wird, wenn eine Spannung zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode angelegt wird, selektiv gemessen. Als ein Detektionsverfahren wird ein Verfahren verwendet, das einen Stromwert misst, der in einem Substrat fließt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ladungsträgermikroskop zum Erfassen eines Bildes einer Probe unter Verwendung eines Ladungsträgerstrahls.
Stand der Technik
Unter Mikroskopen ermöglichen Elektronenmikroskope, die Elektronen als Lichtquellen verwenden, die Beobachtung von Oberflächenmorphologie in der Größenordnung von nm. Unter den Elektronenmikroskopen wird ein Rasterelektronenmikroskop (nachstehend als SEM bezeichnet) weithin zur Beobachtung einer feinen Oberflächenmorphologie oder Beobachtung einer Zusammensetzungsstruktur verwendet. Das SEM ist eine Einrichtung zum Abtasten eines Elektronenstrahls (Primärelektronenstrahls), der durch eine Elektronenlinse über einen Deflektor auf eine Probenoberfläche fokussiert ist, um emittierte Elektronen, die in einem Gebiet der Probe, auf den der Elektronenstrahl gestrahlt wird, erzeugt werden, zu detektieren und abzubilden. Die emittierten Elektronen weisen eine Energie auf, die derjenigen emittierter Elektronen (nachstehend als Sekundärelektronen bezeichnet) mit niedriger Energie entspricht, die Oberflächenmorphologieinformationen aufweisen, und einem Primärelektronenstrahl äquivalent ist, und enthalten Rückstreuelektronen (nachstehend als reflektierte Elektronen bezeichnet), die Zusammensetzungsinformationen aufweisen.
In dem Fall der Beobachtung weicher Materialien und biologischer Proben ist es vorzuziehen, hochauflösende Beobachtung unter Atmosphärendruck auszuführen, an dem keine Verformung und Verdampfung von Feuchtigkeit auftritt. Da jedoch ein Elektronenstrahl durch Zusammenstoß mit Gasmolekülen gestreut wird, ist seine Auflösung bei Atmosphärendruck vermindert. Deshalb ist ein Objektivtubus, der ein elektro-optisches System bildet, wie z. B. eine Elektronenlinse oder einen Deflektor, evakuiert. Allgemein ist in einem SEM, da der Objektivtubus und ein Gehäuse, in dem eine Probe installiert ist, evakuiert sind, die Probe unter Vakuum platziert. Aus diesem Grund war das Elektronenmikroskop nicht zum Beobachten von Proben, die Feuchtigkeit enthalten, oder Proben, die ihre Form abhängig von einer Druckänderung ändern, geeignet.
In letzter Zeit ist ein SEM weithin verwendet worden, in dem eine Probe durch Bereitstellen einer Membran oder eines feinen Lochs, durch den ein Elektronenstrahl hindurchtreten kann, zwischen einem Objektivtubus, der ein elektro-optisches System bildet, und einem Gehäuse, in dem eine Probe installiert ist, das evakuiert gehalten werden muss, unter einem gewünschten Druck gehalten und beobachtet werden kann. Deshalb kann eine Probe unter der Atmosphäre oder einem gewünschten Gasdruck oder mit einem gewünschten Gastyp beobachtet werden. Ein Verfahren zum Bestrahlen mit einem Elektronenstrahl, ohne eine Membran zu berühren, die einen Objektivtubus von einem Gehäuse trennt, auf eine Probe ist als ein Membranverfahren vom berührungslosen Typ bezeichnet. Eine Membranvorrichtung vom berührungslosen Typ weist einen nicht evakuierten Raum zwischen einer Probe und einer Membran auf, und ein primärer Elektronenstrahl tritt durch den nicht evakuierten Raum hindurch, und die Probe wird mit dem primären Elektronenstrahl bestrahlt. Außerdem durchlaufen, aus den aus der Probe emittierten Elektronen, reflektierte Elektronen mit hoher Energie, die weniger durch die Streuung aufgrund von Gasen beeinflusst sind, den nicht evakuierten Raum zwischen der Probe und der Membran und die Membran und werden durch einen Detektor, der in dem Objektivtubus installiert ist, detektiert.
PTL 1 offenbart ein Membran-Rasterelektronenmikroskop vom berührungslosen Typ. Das in PTL 1 offenbarte Rasterelektronenmikroskop enthält eine scheibenförmige Kathodenelektrode zwischen einer Membran, die einen Objektivtubus von einem Gehäuse und einer Probe trennt, und einen Mechanismus zum Bilden eines elektrischen Felds zwischen der entsprechenden Elektrode und der Probe, um emittierte Elektronen zu verstärken, und dadurch werden die emittierten Elektronen über die Elektrode detektiert.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
PTL 1: JP-A-2008-262886
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Probleme
Ein Vorteil eines Rasterelektronenmikroskops ist, dass ein Oberflächenbild einer Probe durch Detektieren von Sekundärelektronen erhalten werden kann. Da jedoch die Energie der Sekundärelektronen niedrig ist, ist es in einem Elektronenmikroskop, das zum Beobachten von Proben unter der Atmosphäre oder einem gewünschten Gasdruck oder mit einem gewünschten Gastyp fähig ist, schwierig, die Sekundärelektronen zu detektieren, weil die Sekundärelektronen durch Gasmoleküle in einer Probenkammer gestreut werden und nicht durch eine Membran weitergeleitet werden können.
Zusätzlich, werden, da in PTL 1 eine Detektionselektrode direkt oberhalb einer Probe vorgesehen ist, nicht nur Sekundärelektronensignale, die durch ein elektrisches Feld verstärkt sind, sondern auch reflektierte Elektronen detektiert. Deshalb war es schwierig, Sekundärelektronen von reflektierten Elektronen zu unterscheiden und ein Bild zu erhalten, das Oberflächenmorphologieinformationen mit dem Hauptkontrast enthält.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bild, das Oberflächenmorphologieinformationen mit dem Hauptkontrast enthält, in einem Elektronenmikroskop zu erhalten, mit dem eine Probe unter den Bedingungen der Atmosphäre oder eines gewünschten Gasdrucks oder eines gewünschten Gastyps beobachtet werden kann.
Lösung der Aufgabe
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Ladungsträgermikroskop der Erfindung geschaffen, das enthält: eine Trennwand, die einen nicht evakuierten Raum, in den eine Probe geladen ist, von einem evakuierten Raum innerhalb eines optischen Ladungsträger-Objektivtubus trennt; eine obere Elektrode; eine untere Elektrode, auf die die Probe geladen ist; eine Stromversorgung zum Anlegen einer Spannung an wenigstens eine aus der oberen Elektrode und der unteren Elektrode; einen Probenspaltanpassungsmechanismus zum Anpassen eines Spalts zwischen der Probe und der Trennwand; und eine Bildbildungseinheit zum Bilden eines Bildes der Probe basierend auf dem Strom, der durch die untere Elektrode absorbiert wird. Die Sekundärelektronen werden unter Verwendung eines Verstärkungseffekts aufgrund der lonisationsstöße zwischen Elektronen und Gasmolekülen, der erzeugt wird, wenn eine Spannung zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode angelegt wird, gemessen. Als ein Detektionsverfahren wird ein Verfahren verwendet, das einen Stromwert misst, der in einem Substrat fließt.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der Erfindung kann durch Messen eines Stroms, der durch eine obere Elektrode oder eine untere Elektrode absorbiert wird, synchron mit dem Abtasten von Primärelektronen ein Bild, das Oberflächenmorphologieinformationen mit dem Hauptkontrast enthält, in einem Elektronenmikroskop, das zum Beobachten einer Probe unter der Atmosphäre oder einem gewünschten Gasdruck oder mit einem gewünschten Gastyp fähig ist, erhalten werden.
Die Probleme, Konfigurationen und Effekte, die nicht die vorstehend beschriebenen sind, werden nachfolgend aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen verdeutlicht.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration einer in Ausführungsform 1 verwendeten Vorrichtung darstellt.
2 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum selektiven Erfassen von Sekundärelektronen unter dem Atmosphärendruck darstellt.
3 stellt ein Ergebnis einer Simulation dar, die eine Beziehung zwischen der Elektronenenergie und einem mittleren freien Weg in einem Raum unter dem Atmosphärendruck angibt.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Ablaufplans zum selektiven Erfassen von Sekundärelektronen darstellt.
5(a) ist ein Diagramm zum Beschreiben eines SEM-Bildes unter Atmosphärendruck, das aus einem Detektor für reflektierte Elektronen erhalten wird.
5(b) ist ein Diagramm, das Substratstrombilder darstellt, die eine Beziehung zwischen einem elektrischen Feld und einem Proben-GAP, wenn das Bildaufnahmeverfahren von Ausführungsform 1 verwendet wird, angeben.
6 ist ein Diagramm, das die Übersicht eines zweiten Gehäuses darstellt, das unter der Atmosphäre in Ausführungsform 2 gehalten ist.
7(a) ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration zum Sicherstellen der Leitfähigkeit einer Teilelektrode gemäß der Erfindung darstellt.
7(b) ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration zum Sicherstellen der Leitfähigkeit der Teilelektrode gemäß der Erfindung darstellt.
8(a) ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Halterungskonfiguration zum Reduzieren eines Leckstroms gemäß der Erfindung darstellt.
8(b) ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Halterungskonfiguration zum Reduzieren eines Leckstroms gemäß der Erfindung darstellt.
9 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der tatsächlichen Messung eines Leckstroms in Ausführungsform 3 darstellt.
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration einer Vorrichtung, die eine Schaltung zum Korrigieren eines Leckstroms enthält, gemäß der Erfindung darstellt.
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Schaltungskonfiguration zum Eliminieren einer Leckstromkomponente in der Ausführungsform 3 darstellt.
12 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Sekundärelektronendetektionsstruktur vom Umgebungszellenhalterungstyp gemäß Ausführungsform 4 darstellt.
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Messen eines Proben-GAP unter Verwendung eines optischen Mikroskops gemäß Ausführungsform 5 darstellt.
14 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum elektrischen Messen eines Proben-GAP in der Ausführungsform 5 darstellt.
15(a) ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Messen eines Proben-GAP in einem Rasterelektronenmikroskop unter Verwendung von Elektronen darstellt.
15(b) ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Verfahrens zum Messen eines Proben-GAP in dem Rasterelektronenmikroskop unter Verwendung von Elektronen darstellt.
16 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Bedien-GUI zum Einstellen einer Bildaufnahmebedingung gemäß der Erfindung darstellt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches Feld zum Verstärken von Sekundärelektronen zwischen einer Trennwand und einer Probe gebildet, und die Trennwand und die Probe sind durch einen Abstand, der ausreichend ist, um frei von Einflüssen aus einer Verstärkung aufgrund der Streuung reflektierter Elektronen zu sein, voneinander beabstandet, und dadurch wird ein Sekundärelektronensignal selektiv detektiert.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genau mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Ein Rasterelektronenmikroskop (SEM), das ein Beispiel für ein Ladungsträgermikroskop ist, wird nachstehend beschrieben. Es ist jedoch lediglich ein Beispiel für die vorliegende Erfindung, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auch auf ein Rasterionenmikroskop, ein Rastertransmissionselektronenmikroskop, eine Kombination aus diesem und Probenverarbeitungseinrichtungen oder eine Analyse/Untersuchungs-Einrichtung, die diese einsetzt, angewandt werden.
In der vorliegenden Spezifikation gibt der Begriff „Atmosphärendruck“ eine Druckbedingung an, die dem Atmosphärendruck in einer Atmosphäre oder einem vorbestimmten Gas äquivalent ist, und insbesondere in dem Bereich von etwa 10^5 Pa (dem Atmosphärendruck) bis etwa 10^3 Pa.
In der vorliegenden Spezifikation bezieht sich der Begriff „Trennwand“ auf eine Struktur, die einen nicht evakuierten Raum in einer Probenkammer von einer Vakuumoberfläche eines elektro-optischen Objektivtubus trennt, um eine Differenz zwischen dem Druck derselben aufrecht zu erhalten, und ist eine Struktur, durch die ein Ladungsträgerstrahl weitergeleitet werden oder durchtreten kann. Beispielsweise bezieht sich eine Trennwand auf eine Öffnung, eine dünne Folie oder ein Element, das diese enthält. Hier wird eine dünne Folie, die als eine Trennwand verwendet ist, als eine „Membran“ bezeichnet, und Ausführungsformen, in denen Membranen verwendet sind, um einen nicht evakuierten Raum von einem evakuierten Raum zu trennen, werden beschrieben. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch eine Membran durch kleine Löcher ersetzt werden.
Ausführungsform 1
1 stellt eine Konfiguration eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) gemäß der vorliegenden Ausführungsform dar. Das SEM besteht hauptsächlich aus einem elektro-optischen System, einem Objekttischmechanismussystem, einem SEM-Steuersystem, seinem Signalverarbeitungssystem und einem SEM-Bediensystem.
Das elektronenoptische System enthält eine Elektronenstrahlquelle 1 zum Erzeugen eines Elektronenstrahls, eine optische Linse 7 zum Konvergieren des erzeugten Elektronenstrahls, um den konvergierten Elektronenstrahl zu einem unteren Ende eines elektro-optischen Objektivtubus 2 zu führen und dadurch den geführten Elektronenstrahl auf einer Probe als einen Primärelektronenstrahl zu fokussieren, und einen Deflektor 6 zum Abtasten von Primärelektronen. Die Komponenten sind in dem elektro-optischen Objektivtubus 2 untergebracht. Ein Detektor 8 zum Detektieren emittierter Elektronen, die durch Einstrahlung des Primärelektronenstrahls erhalten werden, ist an einem Endabschnitt des optischen Elektronenstrahl-Objektivtubus 2 angeordnet. Der Detektor 8 kann innerhalb oder außerhalb des optischen Elektronenstrahl-Objektivtubus 2 angeordnet sein. Der elektro-optische Objektivtubus 2 kann außerdem andere Linsen, Elektroden und Detektoren enthalten. Einige davon können von den vorstehend beschrieben verschieden sein, und die Konfiguration des elektro-optischen Systems, das in dem optischen Elektronenstrahl-Objektivtubus 2 enthalten ist, ist nicht darauf beschränkt.
Das Objekttischmechanismussystem enthält eine Probenhalterung 5 zum Halten der Probe, einen Objekttisch 9, der in der X-Achsenrichtung, der Y-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung bewegt werden kann, und einen Isolator 101 zum Isolieren der Probenhalterung 5 von anderen Elementen. Die Probenhalterung 5 kann eine Konfiguration aufweisen, an die eine Spannung angelegt werden kann, wie nachstehend beschrieben. In diesem Fall funktioniert die Probenhalterung 5 auch als eine untere Elektrode 33. Ein Abstand zwischen einem Membranhalteelement 35 (einer oberen Elektrode 32), das eine Membran 31 hält, und der Probenhalterung 5 (der unteren Elektrode 33) kann durch Bewegen des Objekttischs 9 in der Z-Richtung angepasst werden. Ferner kann der Objekttisch 9 auch neigbar sein. Der Abstand zwischen dem Membranhalteelement und der Probenhalterung kann als ein Abstand zwischen der Membran und der Probe oder ein Proben-GAP bezeichnet sein. Obwohl der Proben-GAP durch Verwenden des Objekttischs 9 in der vorliegenden Ausführungsform angepasst wird, weist eine Membraneinheit 30 selbst eine Struktur auf, die in der Z-Richtung beweglich ist, und der Proben-GAP wird durch Bewegen der Trennwand 30 angepasst. Ein Mechanismus zum Anpassen des Proben-GAP ist als ein Proben-GAP-Anpassungsmechanismus bezeichnet.
Das SEM-Steuersystem enthält eine Beschleunigungsspannungssteuereinheit 10, eine Ablenkungssignalsteuereinheit 11, eine Elektronenlinsensteuereinheit 12, eine XYZ-Objekttischsteuereinheit 13, eine Auslasssystemsteuereinheit 16 und eine Spannungsanlegungssteuereinheit 21. Die Beschleunigungsspannungssteuereinheit 10 steuert eine Beschleunigungsspannung des Primärelektronenstrahls durch Steuern jeder Komponente des elektro-optischen Systems. Die Ablenkungssignalsteuereinheit 11 steuert den Deflektor 6, um eine Größe der Ablenkung eines Primärelektronenstrahls zu steuern, so dass der Primärelektronenstrahl über die Probe streicht und auf die Probe eingestrahlt wird. Die Elektronenlinsensteuereinheit 12 steuert andere Elektronenlinsen und Elektroden. Die XYZ-Objekttischsteuereinheit 13 steuert eine Größe der Bewegung des Objekttischs 9 in Übereinstimmung mit der Anweisung eines Anwenders oder automatisch. Die Auslasssystemsteuereinheit 16 steuert den Betrieb einer Vakuumpumpe und steuert den Grad des Vakuums innerhalb des elektro-optischen Objektivtubus 2, innerhalb eines ersten Gehäuses 3 und innerhalb eines zweiten Gehäuses 4. Die Spannungsanlegungssteuereinheit 21 kann Spannungen steuern, die an das Membranhalteelement 35 (die obere Elektrode 32) oder die Probenhalterung 5 (die untere Elektrode 33) angelegt werden, durch Steuern einer Stromversorgung, die zum Anlegen einer Spannung an wenigstens eines von diesen fähig ist. Mit anderen Worten funktioniert in der vorliegenden Ausführungsform das Membranhalteelement 35 als die obere Elektrode 32, und die Probenhalterung 5 funktioniert als die untere Elektrode 33. Es ist wünschenswert, dass die obere Elektrode 32 oder die untere Elektrode 33 sowohl eine positiv polare Spannung als auch eine negative polare Spannung anlegen. Dementsprechend kann ein gewünschtes elektrisches Feld in ein Raum (Proben-GAP) zwischen der Probe und der Membran gebildet werden. Außerdem können die obere Elektrode 32 und die untere Elektrode 33 getrennt von dem Membranhalteelement bzw. der Probenhalterung bereitgestellt sein. Die Spannungsanlegungssteuereinheit 21 kann eine Stromversorgung mit variabler Spannung sein.
Das Signalverarbeitungssystem enthält eine Steuereinheit 14 für das detektierte Signal, eine Bildbildungseinheit 15 und eine Strom/Spannung-Umsetzungseinheit 19. Die Steuereinheit für das detektierte Signal führt Strom/Spannung-Umsetzung eines Signals aus dem Detektor 8 aus und gibt es zu der Bildbildungseinheit 15 aus. Die Bildbildungseinheit 15 erzeugt ein Bild basierend auf dem Signal, das aus dem Detektor ausgegeben wird, und Elektronenstrahlbestrahlungspositionsinformationen aus der Ablenkungssignalsteuereinheit 11. Die Strom/Spannung-Umsetzungseinheit 19 ist mit wenigstens der Probenhalterung 5 (der unteren Elektrode 33) verbunden, setzt einen Strom, der an wenigstens einer Seite der unteren Elektrode 33 detektiert wird, in ein Spannungssignal um und gibt das Spannungssignal zu der Bildbildungseinheit 15 aus. Die Strom/Spannung-Umsetzungseinheit 19 ist mit sowohl der oberen Elektrode 32 als auch der unteren Elektrode 33 verbunden. Die Strom/Spannung-Umsetzungseinheit 19 kann schaltbar sein, um einen Strom einer oder beider Elektroden zu detektieren.
Das SEM-Bediensystem enthält eine Bedieneinheit 17 zum Bedienen der Steuersysteme jeder Einheit und eine Anzeigeeinheit 18 (beispielsweise einen Monitor) zum Anzeigen von Steuerwerten und Bildern, die durch die Bildbildungseinheit 15 verarbeitet werden.
Die Steuereinheit und die Bilderzeugungseinheit können als Hardware auf dedizierten Leiterplatten gebildet sein oder können durch Software gebildet sein, die auf einem Computer ausgeführt werden soll, der mit dem Ladungsträgermikroskop verbunden ist. In dem Fall des Bildens der Steuereinheit und der Bildbildungseinheit als Hardware, kann die Hardware durch Integrieren mehrerer Berechnungseinheiten zum Ausführen eines Prozesses auf einer Leiterplatte oder in einem Halbleiterchip oder einem Chipgehäuse implementiert sein. Im Fall des Bildens der Steuereinheit und der Bildbildungseinheit als Software, kann die Software durch Montieren einer schnellen Allzweck-CPU auf einem Computer und Ausführen eines Programms zum Ausführen einer gewünschten Berechnung darauf implementiert sein. Eine existierende Anlage kann durch Verwenden eines Aufzeichnungsmediums, das das Programm darauf aufgezeichnet aufweist, nachgerüstet werden. Außerdem sind diese Vorrichtungen, Schaltungen und Computer miteinander über ein drahtgebundenes Netz oder ein drahtloses Netz verbunden, und entsprechende Daten werden zwischen ihnen übertragen.
Der elektro-optische Objektivtubus 2 ist so vorgesehen, dass er in das Innere des ersten Gehäuses 3 hervorsteht. Das erste Gehäuse kommuniziert mit dem Inneren des elektro-optischen Objektivtubus 2 durch ein Loch eines Magnetpols eines Objektivs an einem Endabschnitt des elektro-optischen Objektivtubus und lagert den elektro-optischen Objektivtubus 2. Außerdem ist das erste Gehäuse 3 über ein Auslassrohr mit einer Vakuumpumpe 28 verbunden, und dadurch wird das Innere des ersten Gehäuses 3 in dem Vakuumzustand gehalten. Der Innendruck des ersten Gehäuses 3 kann der gleiche sein wie derjenige des Inneren des elektro-optischen Objektivtubus oder kann in dem Vakuumzustand niedriger als der Innendruck des elektro-optischen Objektivtubus sein.
Die Probe wird innerhalb des zweiten Gehäuses 4 (auch als eine Probenkammer bezeichnet) platziert. In dem in 1 dargestellten Beispiel ist das zweite Gehäuse 4 an dem Boden des ersten Gehäuses vorgesehen, als ob es das erste Gehäuse 3 lagert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das Innere des zweiten Gehäuses 4 ist kein Vakuum, das heißt die Atmosphäre oder eine vorbestimmte Gas-Atmosphäre. Wenn das Innere des zweiten Gehäuses 4 die Atmosphäre ist, kann das zweite Gehäuse zu der Atmosphäre durch ein Loch geöffnet sein. Alternativ kann, um das Innere des zweiten Gehäuses 4 auf eine Gas-Atmosphäre eines vorbestimmten Drucks zu konfigurieren, ein Gaseinlass vorgesehen sein. Alternativ kann, falls es notwendig ist, das Innere der zweiten Gehäuses 4 so einzustellen, dass es in dem Vakuumzustand ist, ein Auslassanschluss, der mit einer Vakuumpumpe verbunden werden kann, in dem zweiten Gehäuse 4 vorgesehen sein.
Das innere des elektro-optischen Objektivtubus 2 und das Innere des ersten Gehäuses 3, die in dem Vakuumzustand sind, und das Innere des zweiten Gehäuses 4, das in dem nicht evakuierten Zustand ist, sind durch eine Trennwand (beispielsweise die Membraneinheit 30) getrennt. Die Membraneinheit 30 ist auf der Unterseite des ersten Gehäuses 3 an einer Position direkt unter dem optischen Elektronenstrahl-Objektivtubus 2 vorgesehen. Die Trennwandeinheit 30 enthält die Membran 31, eine Basis 34, die darauf gebildet die Membran 31 aufweist, und das Membranhalteelement 35, das die Basis 34 lagert. Die Membran muss zum Weiterleiten oder Durchlassen eines Primärelektronenstrahls fähig sein, der aus dem unteren Ende des elektro-optischen Objektivtubus 2 emittiert wird, und zum Aufrechterhalten einer Druckdifferenz innerhalb des erste Gehäuses, das in dem Vakuumzustand ist, und innerhalb des zweiten Gehäuses, das in einem nicht evakuierten Zustand ist, fähig sein. Die Membran 31 ist aus einem Material wie einem Kohlenstoffmaterial, einem organischen Material, einem Metall, einem Siliziumnitrid, einem Siliziumcarbid, einem Siliziumoxid oder dergleichen gebildet. Es ist wünschenswert, dass die Membran eine Dicke aufweist, die zum Weiterleiten von Primärelektronen und reflektierten Elektronen ausreichend ist. Die Dicke hängt von einer Fenstergröße und einem Material der Membran 31 ab, kann jedoch etwa 20 nm sein. Die Membran 31 kann mehrere Fenster sein. Die Membran 31 kann eine Form wie eine rechteckige Form anstelle einer quadratischen Form aufweisen. Die Form ist ohne Bedeutung. Außerdem ist die Leitfähigkeit der Membran 31 selbst nicht wichtig. In der nachstehend beschriebenen vorliegenden Ausführungsform ist beispielsweise die Membraneinheit 30 mit einer SiN-Folie, die eine Dicke von etwa 20 µm und eine Fenstergröße von etwa 250 µm aufweist, verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht durch die Größe der Membran eingeschränkt.
Die Basis ist ein Element, das beispielsweise aus Silizium oder einem Metall gebildet ist. Das Membranhalteelement 35 ist ein Element zum Installieren der Membran 31 und der Basis 34, um das erste Gehäuse 3 und das zweite Gehäuse 4 voneinander zu trennen. Das Membranhalteelement 35 kann eine Konfiguration aufweisen, an die eine Spannung angelegt werden kann, wie nachstehend beschrieben. In diesem Fall funktioniert das Membranhalteelement 35 auch als die obere Elektrode 32.
Der Primärelektronenstrahl durchläuft die Membraneinheit 30 und erreicht schließlich eine Probe 100, die auf der Probenhalterung 5 (der unteren Elektrode 33) montiert ist. Wenn der Primärelektronenstrahl auf die Probe 100 gestrahlt wird, werden Sekundärelektronen und reflektierte Elektronen aus der Probe emittiert. Gemäß dem nachstehend mit Bezug auf 2 beschriebenen Prinzip können Sekundärelektronen als ein Strom, der durch die untere Elektrode 33 fließt, in der vorliegenden Ausführungsform detektiert werden. Ein Signal aus der Strom/Spannung-Umsetzungseinheit 19, die mit der unteren Elektrode 33 verbunden ist, wird durch die Bildbildungseinheit 15 synchron mit dem Deflektor 6 detektiert, und so wird ein Substratstrombild gebildet. Das Substratstrombild wird auf der Anzeigeeinheit 18 durch die Bedieneinheit 17 angezeigt.
Das Folgende ist ein Verfahren zum selektiven Detektieren von Sekundärelektronen in einem Zustand, wenn eine Probe in dem Raum unter Atmosphärendruck installiert ist, unter Verwendung der in 1 abgebildeten Vorrichtung.
Nachstehend wird in der vorliegenden Spezifikation eine Stromgröße einer unteren Elektrode als eine Substratstromgröße oder ein Strombild der unteren Elektrode bezeichnet, die Messung einer Stromgröße der unteren Elektrode wird als Messung eines Substratstroms oder Messung eines Stroms der unteren Elektrode bezeichnet, und ein Bild, das durch die Steuereinheit unter Verwendung eines gemessenen Substratstroms gebildet wird, wird als ein Substratstrombild oder ein Bild der unteren Elektrode bezeichnet. Außerdem wird in der vorliegenden Spezifikation ein Abstand zwischen einer Membran und einer Probe als ein Proben-GAP bezeichnet. Hier bezieht sich ein Abstand zwischen der Membran und der Probe auf einen Abstand zwischen einer Oberfläche der Membran und einer Oberfläche der Probe oder einen Abstand zwischen der Oberfläche der Membran und einer Oberfläche einer Probenhalterung.
In dem Atmosphärendruck sind viele Gasmoleküle vorhanden, und wenn ein Elektron mit Energie mit einem Gasmolekül zusammenstößt, tritt ein Verstärkungsphänomen auf, in dem ein Elektron und ein Ion erzeugt werden. Ohne ein elektrisches Feld verschwinden Elektronen und Ionen, die durch einen Zusammenstoß erzeugt werden. Wenn jedoch ein elektrisches Feld angelegt wird, werden Elektronen und Ionen, die durch einen Zusammenstoß erzeugt werden, schnell verstärkt. Das gleiche Phänomen tritt für Photonen auf. Ein Verstärkungsbetrag der Elektronen, die durch den lonisationszusammenstoß durch die Elektronen erzeugt werden, wird durch e^αX repräsentiert, und je mehr lonisationszusammenstöße von Elektronen auftreten, desto größer wird der Verstärkungsbetrag. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ein Verfahren zum selektiven Detektieren von Sekundärelektronen, die eine niedrige Energie aufweisen, unter Verwendung des Verstärkungsphänomens erdacht.
Das Prinzip der Verstärkung und des Detektierens von Sekundärelektronen wird mit Bezug auf 2 beschrieben. 2 bezeichnet einen Primärelektronenstrahl als PE, ein Sekundärelektron als SE, reflektierte Elektronen als BSE und einen Elektronen/Ionen-Strom, der durch verstärkte Sekundärelektronen induziert ist, als I. In 2 ist außerdem eine Probe weggelassen.
Wenn der Primärelektronenstrahl auf die Probe gestrahlt wird, werden Sekundärelektronen und reflektierte Elektronen aus der Oberfläche der Probe emittiert. Die Sekundärelektronen werden durch lonisationszusammenstoß mit Gasmolekülen, die in einem nicht evakuierten Raum zwischen der Membran 31 und der unteren Elektrode 33 existieren, verstärkt. Insbesondere werden aus dem lonisationszusammenstoß mit den Gasmolekülen positive Ionen und Elektronen erzeugt, und die Sekundärelektronen verlieren ihre Energie. Als Nächstes stoßen die erzeugte positiven Ionen bzw. Elektronen mit verschiedenen Gasmolekülen zusammen. Als ein Ergebnis werden wieder positive Ionen und Elektronen erzeugt. Dieser Prozess wird wiederholt, und die Sekundärelektronen werden verstärkt. In der vorliegenden Ausführungsform kann die Spannungsanlegungssteuereinheit 21 ein elektrisches Feld in dem nicht evakuierte Raum zwischen der Membran 31 und der unteren Elektrode 33 bilden, dadurch Energie zur Verstärkung der Sekundärelektronen zuführen und die Gesamtzahl von lonisationszusammenstößen erhöhen, und dadurch werden die Signalkomponenten, die von den Sekundärelektronen herrühren, verstärkt.
Die verstärkten Elektronen oder Ionen werden durch die obere Elektrode 32 oder die untere Elektrode 33 absorbiert. 2 stellt ein Beispiel einer Stromdetektion durch die untere Elektrode dar. In dem Fall von 2 wird durch die Spannungsanlegungssteuereinheit 21 eine positive Spannung an die obere Elektrode angelegt. Es scheint jedoch, dass an der unteren Elektrode 33 die positiven Ionen und die Elektronen, die durch den lonisationszusammenstoß erzeugt werden, miteinander gemischt und absorbiert werden.
Zu dieser Zeit werden auch die reflektierten Elektronen durch den lonisationszusammenstoß mit den Gasmolekülen in der gleichen Hinsicht verstärkt. Da jedoch die Energie der reflektierten Elektronen ausreichend höher ist als die der Sekundärelektronen, wenn der Proben-GAP klein ist, durchlaufen die reflektierten Elektronen die Membran 31, bevor wiederholte Verstärkung aufgrund des lonisationszusammenstoßes auftritt. Deshalb kann ein Inkrement eines verstärkten Stroms aufgrund der Sekundärelektronen selektiv mit einem Proben-GAP detektiert werden, der keine oder eine kleine Anzahl von lonisationszusammenstößen reflektierter Elektronen verursacht. Der Proben-GAP kann durch Steuern des Objekttischs 9 angepasst werden.
Die Anzahl von Zusammenstößen mit Gasmolekülen kann durch einen Proben-GAP (x)/ mittleren freien Weg von Elektronen (λ) = mittlere Anzahl von Streuungen (γ) bestimmt werden, und der mittlere Gesamtverstärkungsbetrag des Proben-GAP kann einfach als γe^α(Ex) angegeben sein. Basierend auf der Beziehung kann ein Strombetrag reflektierter Elektronen und Sekundärelektronen, die durch ein elektrisches Feld verstärkt sind, wie folgt ausgedrückt sein.
$I_{B S E} = η γ_{B S E} e^{α (E x)}$
$I_{S E} = δ γ_{S E} e^{α (E x)}$
Hier bezeichnen η und δ die Elektronenemissionsrate von Elektronen, die aus einer Probe emittiert werden, wenn ein Primärelektronenstrahl eingestrahlt wird. η bezeichnet die Elektronenemissionsrate reflektierter Elektronen, und δ bezeichnet die Elektronenemissionsrate von Sekundärelektronen. γ_SE und γ_BSE bezeichnen die mittlere Anzahl von Streuungen, x bezeichnet den Proben-GAP und α(E) bezeichnet einen Elektronenverstärkungsbetrag, der durch ein elektrisches Feld verändert wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Bereich der Elektronenemissionsrate η im Bereich von 0,01 bis 0,6, und der Bereich der Elektronenemissionsrate δ ist im Bereich von 0,1 bis 1. Da Elektronen durch einen Zusammenstoß zwischen Gasmolekülen und Elektronen verstärkt werden, wenn reflektierte Elektronen durch die Membran 31 hindurch treten, ohne gestreut zu werden, und den Vakuumzustand erreichen, gilt γ_BSE = 0, und somit werden Signalkomponenten von I_BSE nicht an der unteren Elektrode detektiert. Außerdem ist, da Sekundärelektronen durch einen Zusammenstoß mit Luftmolekülen Energie verlieren, die mittlere Anzahl von Streuungen der Sekundärelektronen γ_SE = 1.
Gemäß den zwei vorstehenden Gleichungen können Sekundärelektronen an der unteren Elektrode selektiv detektiert werden, solange γ_BSE < γ_SE gilt. Außerdem, hängt in der Realität, wenn γ_BSE nahe γ_SE ist, der Strom von den Elektronenemissionsraten η und δ ab, es gilt jedoch typischerweise η < δ. Deshalb kann gesagt werden, dass Sekundärelektronen selektiv detektiert werden können, wenn γ_BSE < γ_SE gilt. Hier kann, wenn der Proben-GAP reduziert wird, γ_BSE reduziert werden, und somit kann der Proben-GAP so angepasst werden, um γ_BSE größer als γ_SE zu machen.
3 stellt eine Beziehung zwischen einer Beschleunigungsspannung eines Primärelektronenstrahls und dem mittleren freien Weg in einem Raum unter Atmosphärendruck basierend auf einer Beziehung zwischen dem mittleren freien Weg bei entsprechenden Beschleunigungsspannungen gemäß einer theoretischen Gleichung dar. Die vertikale Achse repräsentiert den mittleren freien Weg, während die horizontale Achse die Energie von beschleunigenden Elektronen angibt. Es kann beobachtet werden, dass der Betrag des mittleren freien Wegs von Elektronen ansteigt, wenn die Beschleunigungsspannung ansteigt. Beispielsweise ist der mittlere freie Weg 20 µm, wenn die Beschleunigungsspannung 10 keV ist. Wenn die Beschleunigungsspannung 20 keV ist, ist der mittlere freie Weg ist 40 µm. Wenn die Beschleunigungsspannung 30 keV ist, ist der mittlere freie Weg ist 60 µm. Da die Energie reflektierter Elektronen durch die Beschleunigungsspannung des Primärelektronenstrahls bestimmt ist, kann ein Sekundärelektron selektiv verstärkt und detektiert werden durch Anpassen des Proben-GAP, um γ_BSE < γ_SE zu erfüllen, gemäß der Beschleunigungsspannung.
4 stellt einen Ablauf der Erfassung eines Substratstrombilds, das die gewünschten Informationen aufweist, durch selektive Detektion emittierter Elektronen dar. Zuerst verschiebt das Objekttischmechanismussystem ein Sichtfeld zu einer Beobachtungsposition der Probe (S1). Eine Beschleunigungsspannung und ein Bestrahlungsstrom, die grundlegende Beobachtungsbedingungen sind, werden durch eine SEM-Manipulierungsoperation eingestellt (S2).
Als Nächstes wird der Proben-GAP gemäß dem mittleren freien Weg des Primärelektronenstrahls in Gasen, die in dem nicht evakuierten Raum, in den die Probe geladen ist, vorhanden sind, angepasst (S3). Um den mittleren freien Weg zu erhalten, wird die Beschleunigungsspannung, die in dem Schritt S2 als die Beschleunigungsspannung eingestellt ist, als ein Parameter verwendet. In diesem Schritt wird der Proben-GAP so eingestellt, dass er kleiner ist als der mittlere freie Weg λ_PE des Primärelektronenstrahls. Der mittlere freie Weg kann durch eine Simulation der dergleichen basierend auf dem Gasdruck und dem Gastyp in dem Probenraum automatisch berechnet werden oder kann durch den Anwender berechnet werden. Der Proben-GAP kann durch Bewegen der Probe in der Z-Richtung durch das Objekttischmechanismussystem angepasst werden. Wenn dieser Schritt ausgeführt wird, wird der Primärelektronenstrahl auf die Probe gestrahlt.
Als Nächstes wird ein elektrisches Feld zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode durch die Spannungsanlegungssteuereinheit 21 gebildet (S4). Zu dieser Zeit wird ein Spannungswert abhängig davon, ob gewünschte Informationen ein Bild reflektierter Elektronen oder ein Sekundärelektronenbild ist, angepasst. Um ein Bild reflektierter Elektronen zu erhalten, wird der Spannungswert so angepasst, dass er I_BSE > I_SE erfüllt. Um ein Sekundärelektronenbild zu erhalten, wird der Spannungswert so angepasst, dass er I_BSE < I_SE erfüllt. Tatsächlich kann, wie nachstehend mit Bezug auf 5 beschrieben ist, wenn keine Spannung angelegt wird, ein Bild, das weitgehend Komponenten reflektierter Elektronen aufweist, erhalten werden. Deshalb kann, um das Sekundärelektronenbild zu erhalten, ein elektrisches Feld angelegt werden. Wenn eine angelegte Spannung steigt, wie nachstehend mit Bezug auf 9 beschrieben ist, steigt ein Leckstrom von der oberen Elektrode zu der unteren Elektrode an. Deshalb ist es wünschenswert, die angelegte Spannung so einzustellen, dass ein Leckstrom kleiner wird als die Größe eines Stroms, der durch die verstärkten Sekundärelektronen, die in das Substrat fließen, verursacht wird. Der Wert der angelegten Spannung kann auf einen vorbestimmten Wert eingestellt sein.
Wenn an dieser Stufe die gewünschten Informationen nicht erhalten werden können, wird der Proben-GAP wieder angepasst (S5). In diesem Schritt wird der Proben-GAP so angepasst, dass er γ_BSE < γ_SE erfüllt. Je kleiner der Proben-GAP ist, desto kleiner ist γ_BSE. Deshalb kann, wenn das Sekundärelektronenbild nicht erhalten werden kann, nachdem der Schritt S4 ausgeführt worden ist, der Probentisch näher an die Membran gebracht werden.
Ein Strom, der in dem Substrat durch die Probe fließt, wird durch die Strom/Spannung-Umsetzungseinheit 19 in eine Signalspannung umgesetzt, und die Signalspannung, die synchron mit einem Ablenkungssignal des Deflektors 6 abgetastet wird, wird durch die Bildbildungseinheit 15 in Bilddaten umgesetzt und wird auf der Anzeigeeinheit angezeigt oder gespeichert (S6).
Deshalb kann in der Realität der Proben-GAP durch Wiederholen der Schritte S5 und S6 und Überprüfen von Bildern angepasst werden, bis ein gewünschtes Bild erhalten wird.
Bezug nehmend auf die 5(a) und 5(b) wird ein Unterschied zwischen Bildern, die erhalten werden, wenn ein Proben-GAP und ein elektrisches Feld angepasst werden, beschrieben. Um die Selektivität von Sekundärelektronen gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu bewerten, wurde eine Testprobe, die einen SiC-Bereich und einen Au-Bereich aufweist, (SiC/Au-Substrat) verwendet. Der Grund für das Verwenden von SiC/Au für die Testprobe war, dass an der Beschleunigungsspannung von 30 kV die Emissionsrate für reflektierte Elektronen in Au höher als in SiC ist und die Emissionsrate für Sekundärelektronen in SiC höher ist.
5(a) ist ein Atmosphärendruck-SEM-Bild eines SiC/Au-Substrats, das durch einen Reflexionselektronendetektor 8, der an dem unteren Abschnitt des elektro-optischen Objektivtubus 2 vorgesehen ist, erhalten wird. Es ist zu sehen, dass, da der Kontrast des Au-Gebiets heller ist als der des SiC-Gebiets, das Bild auf reflektierten Elektronen basiert.
5(b) stellt ein Ergebnis des Verifizierens einer Beziehung zwischen dem elektrischen Feld, das zwischen der Probe und der Membran gebildet ist, und dem Proben-GAP dar. 5(b) vergleicht einen Fall, in dem ein elektrisches Feld von 100 V/µm zwischen der Probe und der Membran gebildet ist, mit einem Fall ohne das elektrische Feld. Die Testbedingungen sind, wenn der Proben-GAP 50 µm, 100 µm und 150 µm bei einer Beschleunigungsspannung von 30 kV und einem Bestrahlungsstrom von 2 nA ist, wobei Substratstrombilder, die ohne ein elektrisches Feld erhalten werden, mit Substratstrombildern, die mit elektrischen Feldern erhalten werden, verglichen wurden. Ein Substratstromsignal wird zu einem Kontrast, der eine Differenz zwischen Elektronenemissionsraten invertiert hat. Deshalb wurde in 5(b) das Substratstromsignal invertiert und als ein Bild hergestellt. Wenn das Substratstromsignalbild ein Bild ist, das aus einem verstärkten Anteil reflektierter Elektronen gebildet ist, wird das Au-Gebiet heller als das SiC-Gebiet. Wenn andererseits das Substratstromsignalbild ein Bild ist, das aus einem verstärkten Anteil von Sekundärelektronen gebildet ist, wird das SiC-Gebiet heller als das Au-Gebiet.
In 5(b) ist in dem Substratstrombild, das ohne das elektrische Feld erhalten wird, das Au-Gebiet mit höherer Emissionsrate reflektierter Elektronen heller, und das SiC-Gebiet ist dunkler. In dem Fall ohne das elektrische Feld werden Sekundärelektronen nicht verstärkt und werden zurück in die Probe absorbiert. Da Elektronen, die aus der Probe emittiert werden, nur die reflektierten Elektronen sind, wird ein Kontrast aufgrund reflektierter Elektronen gebildet. Für jeden Proben-GAP war ebenfalls tendenziell das gleiche Ergebnis vorhanden. Wenn ein elektrisches Feld von 100 V/µm an den Proben-GAP von 50 µm angelegt wurde, wurde SiC hell und Au wurde dunkel, und der Kontrast war entgegengesetzt zu dem des Reflexionselektronenbildes (5(a)). Der Betrag eines Substratstroms steigt an, weil emittierte Elektronen, die zu der unteren Elektrode zurückkehren, positive Ionen sind, die durch einen lonisationszusammenstoß erzeugt werden. Deshalb ist zu sehen, dass verstärkte Signale durch Sekundärelektronen selektiv abgerufen werden. Außerdem konnten in dem Fall mit dem elektrischen Feld von 100 V/µm ähnliche Phänomene mit den Proben-GAPs von 50 µm und 100 µm beobachtet werden. Wenn jedoch der Proben-GAP 150 µm war, steigt die verstärkte Signalkomponente, die von den reflektierten Elektronen herrührt, an, da die mittlere Anzahl von Streuungen der reflektierten Elektronen ansteigt, und somit wird das daraus erhaltene Substratstrombild ähnlich dem Bild aus reflektierten Elektronen.
Aus diesen Ergebnissen wurde bestätigt, dass Verstärkung aufgrund des lonisationszusammenstoßes, die von Sekundärelektronensignalen herrührt, gemäß den Proben-Spalten gemessen werden konnte.
Wenn der Proben-GAP 100 µm übersteigt, steigt auch die Größe der Streuung des Primärelektronenstrahls an, und somit wird die Auflösung verschlechtert. Deshalb kann der Proben-GAP mit garantierter Auflösung x ≤ 3 λ_PE sein. Außerdem ist der Bereich des Proben-GAP zum selektiven Detektieren von Sekundärelektronen x ≤ 3 λ_BSE. λ_BSE bezieht sich auf den mittleren freien Weg der reflektierten Elektronen in Gasen, die in einem nicht evakuierten Raum eines Raums, in den die Probe geladen ist, vorhanden sind. Der Wert von λ_BSE variiert jedoch abhängig von einem elektrischen Feld, das an den Proben-GAP angelegt ist. Außerdem hängt in der vorliegenden Ausführungsform, obwohl ein Schwellenwert so eingestellt ist, dass er das Dreifache von λ_BSE ist, ein tatsächlicher Schwellenwert von einem Probenmaterial und einer Vorrichtungskonfiguration ab. Selbst in einem solchen Fall wird jedoch ein Schwellenwert auch gemäß einer Beziehung zwischen λ_BSE und λ_SE bestimmt. Außerdem kann die Spannung, die an den Proben-GAP angelegt ist, kleiner als oder gleich 3 kV/mm sein, was das Isolationsdurchschlagsfeld der Luft ist. Beispielsweise ist die Spannung, die an die obere Elektrode angelegt wird, 150 V oder weniger, wenn der Proben-GAP 50 µm ist. Darüber hinaus können gemäß der vorliegenden Ausführungsform emittierte Elektronen, die detektiert werden sollen, durch Anpassen des Proben-GAP selektiv gesteuert werden. Wenn ein Abstand, der durch die emittierten Elektronen durchlaufen werden soll, (der Proben-GAP) lang ist, wiederholen reflektierte Elektronen mit hoher Energie viele lonisationszusammenstöße, und dadurch werden mehr Elektronen und Ionen als die Sekundärelektronen erzeugt. Deshalb wird der Substratstrom weit überlappt durch Signale, die durch die reflektierten Elektronen verstärkt sind. Mit anderen Worten wird das Strombild zu einem Strombild aufgrund von Sekundärelektronen im Bereich von x < 3 λ_BSE und wird zu einem Strombild, das weitgehend Komponenten reflektierter Elektronen enthält, im Bereich von x > 3 λ_BSE.
Wie vorstehend beschrieben wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Proben-GAP unter dem Atmosphärendruck angepasst, um selektiv ein Verstärkungsphänomen aufgrund des lonisationszusammenstoßes von Sekundärelektronen zu induzieren, und somit kann ein Bild erhalten werden, das Informationen enthält, die von den Sekundärelektronen herrühren.
6 ist eine Übersicht über das Innere des zweiten Gehäuses, das die Probe und den Probensockel unter dem Atmosphärendruck hält. Außerdem sind in 5 Abschnitte, die gleich denjenigen sind, die in 1 dargestellt sind, die nicht Abschnitte um das zweite Gehäuse 4 sind, weggelassen. Es ist jedoch der optische Elektronenstrahl-Objektivtubus 2, wie in 1 dargestellt, am oberen Endabschnitt des zweiten Gehäuses 4 vorgesehen. Wie vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben, funktioniert das Membranhalteelement 35 als die obere Elektrode 32, und die Probenhalterung 5 funktioniert als die untere Elektrode 33.
6 stellt dar, dass die Spannungsanlegungseinheit 22, die durch die Spannungsanlegungssteuereinheit 21 gesteuert wird, eine Spannung an die obere Elektrode 32 anlegt. Beispielsweise ist die Spannungsanlegungseinheit 22 eine Metallstange, die an einem Vorderende eine Federstruktur aufweist. Die Spannungsanlegungseinheit 22 kontaktiert die obere Elektrode über die Blattfederstruktur und legt eine Spannung an die obere Elektrode an. 6 stellt eine Struktur dar, in der die Spannungsanlegungseinheit 22 durch einen Einführungsabschnitt der Wand des zweiten Gehäuses eingeführt ist und mit der Spannungsanlegungssteuereinheit 21 außerhalb des zweiten Gehäuses 4 verbunden ist. Das Anlegen der Spannung an die Spannungsanlegungseinheit 22 kann von außen unter Verwendung eines Anschlusses des Probentisches 5 ausgeführt werden. Außerdem kann das zweite Gehäuse 4 mit einem Anschluss versehen sein, der mit der Probenhalterung 5 verbunden ist. Die Spannungsanlegungseinheit 22 kann auch weggelassen sein, und die Spannungsanlegungssteuereinheit 21 kann direkt mit der oberen Elektrode 32 verbunden sein. Falls jedoch die Spannungsanlegungseinheit 22 direkt mit der oberen Elektrode verbunden ist, ist es, wenn die Membran 31 beschädigt ist, notwendig, ein Kabel zu lösen, wenn das Membranhalteelement, das die obere Elektrode ist, von einer Vorrichtung getrennt wird. Hier ist es, wie in 6 dargestellt ist, durch Verbinden der Spannungsanlegungssteuereinheit 21 über die Spannungsanlegungseinheit 22 ausreichend, die Verbindung zu der Spannungsanlegungseinheit 22 zu trennen, wenn eine Membran ausgetauscht werden muss. Deshalb ist die Effizienz des Betreibens verbessert.
Die Strom/Spannung-Umsetzungseinheit 19 ist mit der unteren Elektrode 33 verbunden, und Strom, der zu der unteren Elektrode 33 absorbiert wird, wird in Spannung umgesetzt und zu der Bildbildungseinheit 15 ausgegeben. Die Probe ist auf der Probenhalterung 5, die die untere Elektrode 33 ist, platziert.
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Spannung an die obere Elektrode 32 angelegt, es kann jedoch eine Spannung an die untere Elektrode 33 angelegt werden. In diesem Fall weist die Strom/Spannung-Umsetzungseinheit 19, die mit der unteren Elektrode 33 verbunden ist, eine Schaltungsstruktur auf, die durch die Spannungsanlegungssteuereinheit 21 elektrisch schwebend gehalten wird, und die obere Elektrode 32 ist an Masse gelegt.
Der Raum, in dem die Probe installiert ist, wird durch ein Abdichtungselement 39 wie z. B. einen O-Ring zwischen der oberen Elektrode 32 und dem zweiten Gehäuse 4 an dem Atmosphärendruck gehalten. Der Proben-GAP kann durch Bewegen des Objekttischs 9 in der Z-Achsenrichtung angepasst werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Umgebung, die das zweite Gehäuse 4 umgibt, die Atmosphäre, das Gas innerhalb des zweiten Gehäuses kann jedoch Gas sein, das nicht Luft ist, beispielsweise He und Ar. Insbesondere weist He die Eigenschaft auf, dass der mittlere freie Weg lang ist, weil die Elementnummer und Dichte im Vergleich zu anderen Gasmolekülen klein sind. Deshalb wird durch Aufnehmen von He in das Gas innerhalb des zweiten Gehäuses der mittlere freie Weg lang, und dadurch wird die Anpassung des Proben-GAP erleichtert. Außerdem ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf den Atmosphärendruck beschränkt, und der Anwendungsbereich von Vakuum ist von 1330 Pa bis zum Atmosphärendruck. Wenn der Druck fällt, nimmt die Dichte der Moleküle im Gas ab, und somit nimmt die Wahrscheinlichkeit für einen Zusammenstoß zwischen den Luftmolekülen und Elektronen ab. Deshalb steigt der mittlere freie Weg an. Selbst unter niedrigem Vakuum kann ein Sekundärelektron durch Anpassen des Proben-GAP, so dass γ_SE größer als γ_BSE ist, selektiv detektiert werden. In der Realität kann beispielsweise der Proben-GAP ein Proben-GAP (x ≤ 3 γ_BSE) bis zum Dreifachen des mittleren freien Wegs reflektierter Elektronen sein.
Wie in 6 dargestellt ist, müssen, um ein gewünschtes elektrisches Feld zwischen der Membran 31 und der Probe durch die an die obere Elektrode 32 angelegte Spannung zu bilden, die obere Elektrode 32 und die Membran 31 elektrisch miteinander verbunden sein. 7 stellt ein Konfigurationsbeispiel zum Sicherstellen der Leitfähigkeit der oberen Elektrode 32 und der Membran 31 dar.
Ein Beispiel davon ist in 7(a) dargestellt. Die Membraneinheit enthält die elektronendurchlässige Membran 31, die auf der Basis gebildet ist, und die obere Elektrode 32, die aus einem Metall gebildet ist, zum Befestigen der Membran. Eine Öffnung zum Durchlassen des Primärelektronenstrahls und reflektierter Elektronen ist an dem Mittenabschnitt der oberen Elektrode 32 vorgesehen, wobei die Öffnung so vorgesehen ist, dass sie die Mittellinie an der einer SiN-Öffnung der Membran 31 ausgerichtet aufweist. Die Basis 34, die darauf gebildet die Membran 31 aufweist, und die obere Elektrode 32 sind durch Verwendung eines Klebemittels 36 befestigt. Zu dieser Zeit sind sowohl die Öffnung der oberen Elektrode 32 als auch die SiN-Öffnung der Membran 31 so vorgesehen, dass sie den Primärelektronenstrahl und die reflektierten Elektronen nicht stören. Außerdem kann das Klebemittel 36 leitfähig sein oder nicht.
Wenn die Leitfähigkeit der SiN-Öffnung der Membran 31, durch die die Primärelektronen und reflektierten Elektronen weitergeleitet werden, nicht ausreichend ist, sammeln sich allmählich negative Ladungen an, wenn Elektronen weitergeleitet werden. Als ein Ergebnis wird die Membran 31 elektrisch negativ geladen, und somit kann ein Einfluss auf die Trajektorie des Primärelektronenstrahls oder Rauschkomponenten eines Leckstroms oder dergleichen, der zwischen der Membran und der Probe erzeugt wird, ansteigen. Deshalb sind die obere Elektrode 32 und die Membran 31 über ein leitfähiges Material 37 miteinander verbunden, um die Leitfähigkeit zwischen der oberen Elektrode 32 und der Membran 31 sicherzustellen und negative Ladungen, die in der Membran 31 ansammeln, zu entfernen. Als das leitfähige Material 37 können beispielsweise Silberpaste, Kohlenstoffpaste und Cu-Band verwendet werden. Wenn die Basis 34 leitfähig ist, kann das Klebemittel 36 auch als das leitfähige Material 37 dienen.
7(b) stellt ein Beispiel dar, in dem die Membran 31 und die Basis 34 an der oberen Elektrode 32 unter Verwendung einer leitfähigen Kappe 38 befestigt ist. Anstelle des Klebemittels von 7(a), das aus einem leitfähigen Material hergestellt ist, kann die Basis an der oberen Elektrode 32 durch eine Kappe (die leitfähige Kappe 38), die aus einem leitfähigen Material hergestellt ist, angebracht sein, wie in 7(b) dargestellt ist. Darüber hinaus kann ein Abdichtungselement 47 wie z. B. ein O-Ring zwischen der Basis 34 und der oberen Elektrode 32 vorgesehen sein. Die leitfähige Kappe 38 kann an der Membran und der oberen Elektrode angebracht werden und von ihnen lösbar sein. In dem in 7(b) dargestellten Beispiel ist, wie in 6 dargestellt, die obere Elektrode 32 in das Gehäuse 4 durch ein Abdichtungselement 39 wie z. B. einen O-Ring gesteckt, und dadurch ist das Innere des zweiten Gehäuses 4 von dem Vakuumraum innerhalb des optischen Ladungsträger-Objektivtubus getrennt. In 7(a) ist die Membran an der oberen Elektrode durch ein Klebemittel befestigt, und somit muss die obere Elektrode jedes Mal ersetzt werden, wenn die Membran ersetzt wird. Im Gegensatz dazu ist es, wie in 7(b) dargestellt ist, da die Membran durch eine abnehmbare leitfähige Kappe befestigt ist, nicht notwendig, die obere Elektrode selbst, die ein Membranhalteelement ist, zu ersetzen, und somit können die Membran 31 und die Basis 34 von der oberen Elektrode getrennt und durch Abnehmen der leitfähigen Kappe ersetzt werden. Deshalb kann die obere Elektrode kontinuierlich verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben können gemäß der vorliegenden Ausführungsform Sekundärelektronen selektiv an der Spannungsanlegungseinheit unter dem Atmosphärendruck erhalten werden. Es ist schwierig, Sekundärelektronen und reflektierte Elektronen an der oberen Elektronen zu unterscheiden und zu detektieren, wenn versucht wird, Sekundärelektronen an der oberen Elektrode zu detektieren, weil die reflektierten Elektronen ebenfalls auf der oberen Elektrode auftreffen. Hier können gemäß dem Verfahren zum Detektieren verstärkter Sekundärelektronen durch Messen des Substratstroms an der unteren Elektrode wie in der vorliegenden Ausführungsform Sekundärelektronen und reflektierte Elektronen gemäß dem elektrischen Feld, das in dem Proben-GAP gebildet ist, und der Größe des Proben-GAP unterschieden und detektiert werden.
Ausführungsform 2
In der vorstehend genannten Ausführungsform kann, wenn eine Spannung durch die Spannungsanlegungssteuereinheit an die obere Elektrode angelegt wird, ein Leckstrom, der von der oberen Elektrode zu der unteren Elektrode fließt, auftreten. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Verfahren zum Reduzieren von Rauschen aufgrund eines solchen Leckstroms beschrieben. Hier werden nachstehend Beschreibungen, die gleich denen von Ausführungsform 1 sind, weggelassen.
Um selektiv Sekundärelektronen zu erhalten, ist es notwendig, eine Spannung von mehreren V bis einigen Dutzend V an die obere Elektrode oder die untere Elektrode in einem Zustand anzulegen, in dem der Proben-GAP im Bereich von einigen Dutzend µm bis einigen Hundert µm ist. Beispielsweise wenn der Proben-GAP 50 µm ist und die Spannung 5 V ist, wird ein elektrisches Feld von etwa 100 V/mm erzeugt. Dann wird, wie durch den Pfeil in 9 angegeben ist, ein Leckstrom von der oberen Elektrode zu der unteren Elektrode über die Moleküle in der Atmosphäre erzeugt. Wenn die Größenordnung des Leckstroms größer wird als diejenige eines Signals von mehreren nA, das unter einer Elektronenstrahlbestrahlung gemessen wird, kann ein Signal aufgrund von Elektronen, das eine Oberflächenmorphologie aufweist, nicht normal gemessen werden. Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Verfahren zum Reduzieren eines Leckstroms durch Einfügen eines isolierenden Materials zwischen der Membranhalterung und die unteren Elektrode beschrieben.
8(a) stellt eine Konfiguration einer Probenhalterung zum Reduzieren eines Leckstroms dar. Ein isolierendes Element 40 ist zwischen der Membran 31 und der Probe 100 vorgesehen. Mit anderen Worten ist das isolierende Element 40 auf der Oberfläche der Membran 31 vorgesehen, so dass es zu der Probe weist. Außerdem ist ein Loch an der Mittenposition eines isolierenden Materials (der Öffnung der Basis 34) gebildet, und somit können der Primärelektronenstrahl und die reflektierten Elektronen hindurch treten. Das isolierende Element 40 ist auf der äußeren Umfangsfläche der Membran 31 so vorgesehen, dass es nicht mit der SiN-Öffnung der Membran 31 überlappt. Deshalb ist der Widerstand des Teils zwischen der oberen Elektrode 32 und der unteren Elektrode erhöht, und dadurch wird ein Leckstrom, der durch die untere Elektrode 33 fließt, reduziert. Hier kann das isolierende Element 40 ein Zellophan-Band oder ein Polyimid-Band sein. Alternativ kann, wie in 8(b) dargestellt ist, eine isolierende Folie 41 wie z. B. ein Resist oder eine PIQ-Folie, auf der Membran 31 selbst gebildet sein.
9 stellt ein Ergebnis der Messung eines Leckstroms zu der unteren Elektrode 33 dar, wenn eine Spannung an die obere Elektrode 32 angelegt ist. 9 stellt ein Ergebnis einer tatsächlichen Messung in einem Zustand dar, in dem eine Schicht aus Polyimid-Band, das eine Dicke von etwa 50 µm aufweist, an der Membranhalterung 30 angebracht war, wie in 8(a) dargestellt ist. Die vertikale Achse repräsentiert einen Betrag eines Leckstroms, und die horizontale Achse repräsentiert die Spannung, die an die obere Elektrode angelegt ist, und es wurden Messungen für jeden Proben-GAP vorgenommen. Basierend auf den Ergebnissen wurde gefunden, dass eine Leckstromkomponente vorhanden war, die nicht durch das Polyimid-Band allein entfernt werden konnte, und die Größe des Leckstroms, der durch die untere Elektrode fließt, war der angelegten Spannung und dem Proben-GAP proportional.
In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Strommessungsverarbeitungseinheit 23 vorgesehen für Stromsignale, die in der unteren Elektrode fließen, da ein Leckstrom zu dem Hintergrund zum Bilden eines Substratstrombildes wird.
10 stellt die Gesamtkonfiguration einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform dar. Außer der Strommessungsverarbeitungseinheit 23 ist die Vorrichtung gleich derjenigen aus 1, und somit sind ihre Beschreibungen weggelassen. Die Strommessungsverarbeitungseinheit 23 ist eine Anpassungsschaltung, die einen Leckstrom misst und so viel wie den Leckstrom ausgleicht. Die Größe des Leckstroms, die für den Ausgleich verwendet wird, kann für jede Beobachtung gemessen werden. Beispielsweise kann, wenn eine Probe ersetzt wird, der Leckstrom, der für den Ausgleich verwendet werden soll, in dem Fall, in dem der Arbeitsabstand (Proben-GAP) verändert wird, erneut gemessen werden. Mit anderen Worten wird durch Einstrahlen eines Ladungsträgerstrahls auf die Probe, während ein elektrisches Feld zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode angelegt ist, die Größe des Leckstroms, die für den Ausgleich verwendet wird, von der Größe des Storms, der in der unteren Elektrode fließt, subtrahiert. Wenn die Größe des Leckstroms, die für den Ausgleich verwendet werden soll, eingestellt ist, subtrahiert die Strommessungsverarbeitungseinheit 23 den eingestellten Leckstrom jedes Mal (das heißt für jeden Pixel) von einem Strom, der zu der unteren Elektrode 33 fließt, ein durch Ausgleich verarbeitetes Stromsignal wird zu der Bildbildungseinheit 15 ausgegeben, und es wird ein Bild gebildet.
Ein Verfahren zum Messen des Leckstroms als der Ausgleich wird beschrieben. Zuerst wird eine Spannung an die obere Elektrode 32 aus der Spannungsanlegungssteuereinheit 21 in einem Zustand, in dem der Primärelektronenstrahl nicht eingestrahlt wird, angelegt, und es wird ein elektrisches Feld erzeugt. Zu dieser Zeit wird, da Strom, der in der unteren Elektrode 33 fließt, der Leckstrom ist, dessen Größe gemessen. Die tatsächlich gemessene Größe des Leckstroms wird in die Strommessungsverarbeitungseinheit 23 als eine Ausgleichsgröße für das Messen eines Stroms der unteren Elektrode eingegeben und darin gespeichert. Wenn das elektrische Feld stark ist, ist der Leckstrom jedoch nicht stabil, und somit wird es schwierig, einen Korrekturwert auszuwählen. Deshalb kann der korrigierbare Bereich der Intensität eines elektrischen Felds bis zu 1 V/µm sein.
11 stellt ein spezifisches Beispiel einer Ausgleichsanpassungsschaltung, die als die Strommessungsverarbeitungseinheit 23 verwendet wird, dar. Diese Schaltung ist lediglich ein Beispiel, und es kann irgendeine Schaltung verwendet werden, solange die Schaltung zum Anpassen eines Ausgleichs fähig ist und eine Signalverstärkungsschaltung enthält. Diese Schaltung kann entweder innerhalb oder außerhalb des zweiten Gehäuses installiert sein. Es ist außerdem ein Verfahren zum Implementieren einer Strommessungsverarbeitungseinheit 23 als Software vorhanden, wobei keine Ausgleichsanpassungsschaltung verwendet wird. In diesem Fall kann beispielsweise ein digitaler Ausgleichsanteil an der Bildbildungseinheit 15 von dem Signal, das in die Bildbildungseinheit 15 eingegeben wird, subtrahiert werden, nachdem das Signal durch die Strom/Spannung-Umsetzungseinheit 19 umgesetzt worden ist. Mit anderen Worten kann die Bildbildungseinheit 15 die Helligkeit pro Pixel anpassen.
Wie vorstehend beschrieben kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform Rauschen aufgrund eines Leckstroms reduziert ein, und somit kann die Bildqualität eines Sekundärelektronenbildes unter dem Atmosphärendruck verbessert sein.
Ausführungsform 3
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Konfiguration eines SEM beschrieben, in dem eine kapselförmige Probenzelle in einem evakuierten Gehäuse platziert ist und Sekundärelektronen aus der Probe unter dem Atmosphärendruck ausgewählt und detektiert werden können. Diese Probenzelle weist einen Raum auf, in den eine Probe geladen werden kann, und die innere Atmosphäre der Probenzelle kann auf einen beliebigen Gastyp und einen gewünschten Druck eingestellt werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist die innere Atmosphäre der Probenzelle die Atmosphäre.
12 ist eine schematische Ansicht des Inneren des zweiten Gehäuses 4, das mit der Probenzelle ausgestattet ist. Da das Äußere des zweiten Gehäuses das gleiche ist wie das in 1, wird seine ausführliche Beschreibung weggelassen. Eine Probenzelle 50 enthält die obere Elektrode 32, die untere Elektrode 33 und das Abdichtungselement 44. Das Abdichtungselement 44 bildet die Seitenwand der Probenzelle 40, dichtet die obere Elektrode 32 und die untere Elektrode 33 ab und erhält einen Atmosphärendruck in einem Vakuumraum aufrecht. Die obere Elektrode ist in die Membraneinheit 30 gesteckt. In der vorliegenden Ausführungsform dient die obere Elektrode 32 als eine Kappe der Probenzelle. Die Probe 100 ist auf der unteren Elektrode innerhalb der Probenzelle platziert. Mit anderen Worten ist die Probe 100 zwischen der oberen Elektrode 32 und der Membraneinheit 30 und der unteren Elektrode 33 platziert.
Außerdem ist die Spannungsanlegungseinheit 22, die durch die Spannungsanlegungssteuereinheit 21 gesteuert wird, so installiert, dass sie fähig ist, die obere Elektrode 32 zu kontaktieren, und legt eine Spannung an die obere Elektrode 32 an. Die Spannung kann an die untere Elektrode 33 angelegt werden, anstatt die Spannung an die obere Elektrode 32 anzulegen, wie vorstehend in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschrieben ist. Die Strom/Spannung-Umsetzungseinheit 19 ist mit der unteren Elektrode 33 verbunden. Zu dieser Zeit sollte das Abdichtungselement 44 zwischen der unteren Elektrode 33 und der oberen Elektrode 32 den Atmosphärendruckraum aufrechterhalten und elektrisch isoliert sein. Deshalb ist wenigstens ein Abschnitt des Abdichtungselements 44 aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet. Das isolierende Material kann beispielsweise ein 0-Ring, eine Gel-Schicht oder ein Klebemittel sein. Alternativ kann das Abdichtungselement 44 vollständig aus einem isolierenden Material hergestellt sein. Dieses isolierende Material kann auch als ein Abstandshalter zum Befestigen oder Anpassen des Proben-GAP verwendet sein.
Außerdem kann in dem Fall des Anpassens des Proben-GAP die Höhe des Abdichtungselements 44 angepasst werden, oder es kann ein Objekttischmechanismus, der in der Probenzelle vorgesehen ist, verwendet werden. Die Operation des Objekttischmechanismus wird durch eine XYZ-Objekttischsteuereinheit gesteuert, die in der X-Achsenrichtung, der Y-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung beweglich ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der XYZ-Objekttisch in der Kapsel vorgesehen. Der Objekttisch ist von der unteren Elektrode 33 durch einen Isolator 101 elektrisch isoliert.
Durch Verwenden der kapselförmigen Probenzelle gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine Spannung zwischen der oberen Elektrode 32 und der unteren Elektrode 33 angelegt werden, und der Proben-GAP zwischen der Probe 100 und der Membran 31 kann angepasst werden. Deshalb kann selbst in einem evakuierten Gehäuse ein Sekundärelektronenbild erhalten werden, während die Probe in dem Atmosphärendruckraum installiert ist.
Ausführungsform 4
In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Zwischenelektrodenabstandssteuereinheit zum Messen eines Proben-GAP beschrieben. Hier werden nachstehend Beschreibungen, die gleich denen von Ausführungsform 1 sind, weggelassen.
Wie vorstehend beschrieben ist es in der vorliegenden Erfindung wichtig, den Proben-GAP zu steuern. Der Proben-GAP kann durch genaues Messen der Höhe des Proben-GAP verengt werden. Deshalb kann das Streuen von Primärelektronen unter dem Atmosphärendruck reduziert werden, wodurch die Auflösung verbessert wird. Zusätzlich kann, da eine Signalkomponente eines verstärkten Anteils einer Ionisierungsstreuung durch reflektierte Elektronen abnimmt, die Selektivität von Sekundärelektronen verbessert sein, und ein deutlicherer Kontrast, der die Oberflächenmorphologie auf einem Basisstrombild widerspiegelt, kann erhalten werden.
13 stellt eine schematische Ansicht einer Proben-GAP-Messung unter Verwendung eines optischen Mikroskops dar. In einem Zustand, in dem die Probe in der Halterung bereitgestellt ist, sind die obere Elektrode 32, das Abdichtungselement 44 und die untere Elektrode 33 so befestigt, als ob sie durch eine Befestigungs-Schablone 45 gefasst sind, und bilden dadurch einen abgedichteten Raum. Zu dieser Zeit ist die Probe 100 installiert, so dass sich ein Abschnitt, der beobachtet werden soll, unmittelbar unterhalb einer SiN-Öffnung befindet. Wenn der XYZ-Objekttisch 9 in die Halterung eingebettet ist, kann der XYZ-Objekttisch angepasst werden, um einen Abschnitt der Probe, der beobachtet werden soll, direkt unterhalb anzuordnen. Zuerst wird ein optisches Mikroskop so angepasst, dass es Positionen zu einer Probenoberfläche und einer Oberfläche einer SiN-Membran fokussiert, eine Differenz zwischen Fokuspositionen der Probenoberfläche und der Membranoberfläche werden gemessen, und die Differenz wird als der Proben-GAP eingestellt. Der Proben-GAP kann durch Auswählen und Verwenden verschiedener Arten von Abdichtungselementen 44, die unterschiedliche Dicken aufweisen, oder Anpassen der Befestigungskraft der Befestigungs-Schablone 45, um das Abdichtungselement 44 innerhalb des Bereichs eines Bruchgrenzbereichs anzupassen, angepasst werden. Das in 13 dargestellte Verfahren ist in dem Fall der Verwendung einer Halterung vom Umgebungszellentyp effektiv, wie in 12 dargestellt ist.
14 stellt ein Verfahren zum Messen des Proben-GAP unter Verwendung eines Leckstroms als ein weiteres Beispiel dar. In dem in 14 dargestellten Verfahren ist eine Oberfläche der Probe 100, die beobachtet werden soll, auf der Oberseite eines Höhenanpassungsprobenständers 46 vorgesehen, der eine Struktur aufweist, in der ein Abschnitt, an dem die Probe 100 vorgesehen ist, eine Stufe unterhalb des oberen Endes ist. Unter Berücksichtigung des Einflusses eines elektrischen Felds durch Installieren der Probe kann es wünschenswert sein, die Oberfläche des Höhenanpassungsprobenständers 46 an der Oberfläche der Probe 100 auszurichten. Insbesondere können die Oberseite des Höhenanpassungsprobenständers 46 und die Oberfläche der Probe 100 basierend auf einem Fokuspunkt des optischen Mikroskops oder dergleichen ausgerichtet werden. Zu dieser Zeit legt die Spannungsanlegungssteuereinheit 21 eine Standardanlegungsspannung an, und ein Leckstrom, der zu dieser Zeit fließt, wird gemessen. Der Proben-GAP wird aus der Größe des gemessenen Leckstroms erhalten basierend auf einer Beziehung zwischen einem Leckstrom und einem Proben-GAP, der im Voraus erhalten wird. Eine konstante Standardanlegungsspannung wird für jede Anlage im Voraus eigestellt. Die Beziehung zwischen dem Leckstrom und dem Proben-GAP wird im Voraus gemessen und in einer Datenbank oder dergleichen gespeichert.
15 stellt ein Verfahren zum Messen des Proben-GAP in einem SEM unter Verwendung von Elektronen als ein weiteres Beispiel dar. In dem Raum mit Atmosphärendruck steigt eine Größe der Aufweitung aufgrund von Zusammenstößen mit Gasmolekülen an, und der Durchmesser eines Strahls nimmt zu, bis der Strahl eine Probe erreicht. In dem Vakuumzustand, weist ein Strahl einen Durchmesser mit geringer Aufweitung auf, da wenige Gasmoleküle vorhanden sind. Wenn der Proben-GAP lang ist, nimmt die Anzahl von Zusammenstößen zwischen Elektronen und Gasmolekülen zu, und somit steigt die Größe der Aufweitung an. Deshalb kann der Proben-GAP unter Verwendung der Größe der Aufweitung als einen Parameter gemessen werden.
In 15 ist als eine Standardprobe zum Messen des Proben-GAP eine Probe, die aus Schwermetall, wie z. B. Au, Cu und Pt, hergestellt ist, auf einer dünnen Folie, die auf Si oder AI gebildet ist, verwendet. Diese Standardprobe ist an einer beliebigen Position der Probenhalterung 5 platziert.
In 15(a) ist eine schematische Ansicht einer Anzeigeeinheit, in der eine Probe zum Messen der Größe der Aufweitung in einem Vakuumzustand erhalten wird. Außerdem stellt 15(b) ein Modelldiagramm eines SEM dar, in dem eine Probe zum Messen der Größe der Aufweitung in der Atmosphäre erhalten wird. Die Anzeigeeinheit 18 und die Bedieneinheit 17 fordern einen Anwender auf, einen Typ, einen Druck, eine Beschleunigungsspannung und eine Temperatur von Gasmolekülen einer Messumgebung einzugeben, und berechnet die Größe der Aufweitung aus den Parametern über eine Simulation. Alternativ können Ergebnisse früherer Simulationen, die typische Beschleunigungsspannungen und Messumgebungen betreffen, in einer Datenbank oder dergleichen gespeichert sein. Außerdem, obwohl die 15A und 15B Beispiele von Bildschirmbildern zu beschreibenden Zwecken darstellen, kann ein Bildschirmbild nicht angezeigt werden, wenn die Größe der Aufweitung durch Bildverarbeitung automatisch berechnet wird.
Nach dem Messen der Größe der Aufweitung in einer tatsächlichen Messumgebung wird der Proben-GAP aus der Größe der Aufweitung erhalten, die durch Vergleichen oder Verifizieren der gemessenen Größe der Aufweitung mit der Größe der Aufweitung, die durch eine Simulation in der Bildverarbeitungseinheit berechnet ist, erhalten wird. Eine Beziehung zwischen der Größe der Aufweitung und dem Proben-GAP kann durch eine Simulation erhalten werden oder kann gemäß einer voreingestellten Beziehungsgleichung erhalten werden. Alternativ können Daten, die die Beziehung zwischen der Größe der Aufweitung und dem Proben-GAP betreffen, im Voraus gespeichert werden, und ein Proben-GAP kann durch einen Vergleich mit den Daten erhalten werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann, da der Proben-GAP gemäß der vorliegenden Ausführungsform gemessen werden kann, ein Substratstrombild, das hohe Auflösung und hohe Sekundärelektronenselektivität aufweist, erhalten werden.
Ausführungsform 5
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Verfahren zum Starten automatischer Einstellung von Beobachtungsbedingungen beschrieben. Eine Vorrichtung, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, kann auf die vorstehenden Ausführungsformen angewandt werden.
16 stellt eine Bedien-GUI dar, die eine Anwenderschnittstelle ist, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. Die Bedien-GUI von 16 wird auf der Anzeigeeinheit 18 angezeigt. Außerdem wird Dateneingabe durch eine Maus, eine Tastatur oder dergleichen, die mit der Bedieneinheit 17 verbunden ist, ausgeführt. Wenn die Beobachtungsbedingungen eingestellt werden, kann das Bildschirmbild, das in 16 angezeigt ist, automatisch gestartet werden, oder Standardwerte der Beobachtungsbedingungen können automatisch eingestellt werden. Beispielsweise kann die Beschleunigungsspannung auf den Standardwert eingestellt werden. Ein Gastyp in der Probenkammer während der Beobachtung wird durch Klicken auf die Gastypschaltfläche 29 ausgewählt, und der Druck des Gases wird eingegeben. Außerdem wird der mittlere freie Weg gemäß der Beschleunigungsspannung im Voraus berechnet und als eine Datenbank in einer Festplatte oder einem Speicher gespeichert. Die Bedieneinheit 17 erhält einen mittleren freien Weg in Übereinstimmung mit der als eine der Messungsbedingungen eingestellten Beschleunigungsspannung. Deshalb muss der mittlere freie Weg nicht durch einen Anwender berechnet werden und wird automatisch eingestellt, wenn Informationen, die Gase in einer Probenkammer betreffen, eingegeben werden.
Außerdem weist ein Beobachtungsbedingungseinstellungsbildschirmbild ein Anlegungsspannungseingabefenster 25 auf, und ein Anwender gibt eine Spannung, die an die obere Elektrode oder die untere Elektrode angelegt werden soll, in das Anlegungsspannungseingabefenster 25 ein. Die Spannung, die dem eingegeben Wert entspricht, wird angelegt.
Außerdem kann das Beobachtungsbedingungseinstellungsbildschirmbild eine Leckstrommessungsschaltfläche 26 aufweisen. Der Anwender kann einen Substratstrom, der an der unteren Elektrode detektiert wird, durch Klicken auf die Leckstrommessungsschaltfläche 26 messen. Deshalb kann ein Leckstrom, wenn die Leckstrommessungsschaltfläche gedrückt wird, unter den in der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Bedingungen gemessen werden. Außerdem wird, wenn eine Ausgleichsschaltfläche 27 angeklickt wird, der Leckstrom, der wie in der vorstehenden Ausführungsform gemessen ist, als ein Ausgleich des Substratstroms, der an der unteren Elektrode detektiert wird, eingestellt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern enthält verschiedene Modifikationsbeispiele. Beispielsweise sind die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen genau beschrieben, um das Verstehend der vorliegenden Erfindung zu unterstützen, und sind nicht notwendigerweise auf Fälle beschränkt, in denen alle der beschriebenen Konfigurationen bereitgestellt sind. Es wird darauf hingewiesen, dass einige der Konfigurationen einer Ausführungsform durch diejenigen anderer Ausführungsformen ersetzt sein können, und die Konfigurationen der anderen Ausführungsformen können zu den Konfigurationen einer Ausführungsform hinzugefügt werden. Es ist außerdem möglich, Konfiguration anderer gemäß einigen der Konfiguration jeder Ausführungsform hinzuzufügen, zu löschen oder zu ersetzen. Zusätzlich können die vorstehend beschriebenen Komponenten, Funktionen, Verarbeitungseinheiten und Verarbeitungsverfahren und dergleichen teilweise oder vollständig in Hardware implementiert sein, beispielsweise durch Konstruieren auf einer integrierten Schaltung. Zusätzlich kann jede der vorstehend beschriebenen Konfigurationen, Funktionen und dergleichen als Software für einen Prozessor implementiert sein, um ihre Funktionen zu interpretieren und auszuführen.
Informationen wie z. B. ein Programm, eine Tabelle, eine Datei und dergleichen zum Implementieren der jeweiligen Funktionen können in einer Aufzeichnungsvorrichtung wie z. B. einem Speicher, einer Festplatte, einem Festkörperlaufwerk (SSD) und dergleichen oder einem Aufzeichnungsmedium wie z. B. einer IC-Karte, einer SD-Karte, einer optischen Platte und dergleichen gespeichert sein.
Darüber hinaus geben Steuerleitungen und Informationsleitungen, Dinge an, die zur Beschreibung als notwendig erachtet werden, und nicht alle Steuerleitungen und Informationsleitungen sind notwendigerweise in einem Produkt dargestellt. In der Praxis können beinahe alle Konfigurationen als miteinander verbunden betrachtet werden.
Bezugszeichenliste
1: Elektronenkanone, 2: elektro-optischer Objektivtubus, 3: erstes Gehäuse, 4: zweites Gehäuse, 5: Probenhalterung, 6: Deflektor, 7: optische Linse, 8: Detektor, 9: XYZ-Objekttisch, 10: Beschleunigungsspannungssteuereinheit, 11: Ablenkungssignalsteuereinheit, 12: Elektronenlinsensteuereinheit, 13: XYZ-Objekttischsteuereinheit, 14: Steuereinheit für das detektierte Signal, 15: Bildbildungseinheit, 16: Auslasssystemsteuereinheit, 17: Bedieneinheit, 18: Anzeigeeinheit, 19: Strom/Spannung-Umsetzungseinheit, 21: Spannungsanlegungssteuereinheit, 22: Spannungsanlegungseinheit, 23: Strommessungsverarbeitungseinheit, 24: Bildanzeigeeinheit, 28: Vakuumpumpe, 30: Membraneinheit, 31: Membran, 32: obere Elektrode, 33: untere Elektrode, 34: Basis, 35: Membranhalteelement, 36: Klebemittel, 37: leitfähiges Material, 38: leitfähige Kappe, 39: Abdichtungselement, 40: Isolationsmaterial, 41: isolierende Folie, 42: Widerstand, 43: Objekttischbasis, 44: Abdichtungselement, 45: Befestigungs-Schablone, 46: Höhenanpassungsprobenständer, 50: Probenzelle, 100: Probe, 101: Isolator
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008262886 A [0006]

Claims

Ladungsträgermikroskop, das Folgendes umfasst: einen optischen Ladungsträger-Objektivtubus , der einen Ladungsträgerstrahl konvergiert und dadurch eine Probe mit dem Ladungsträgerstrahl bestrahlt; eine Trennwand, die einen nicht evakuierten Raum, in den die Probe geladen ist, von einem evakuierten Raum innerhalb des optischen Ladungsträger-Objektivtubus trennt; eine obere Elektrode; eine untere Elektrode, auf die die Probe geladen ist; eine Stromversorgung zum Anlegen einer Spannung an wenigstens eine aus der oberen Elektrode und der unteren Elektrode; einen Probenspaltanpassungsmechanismus zum Anpassen eines Spalts zwischen der Probe und der Trennwand; und eine Bildbildungseinheit zum Bilden eines Bildes der Probe basierend auf einem Strom, der durch die untere Elektrode absorbiert wird.
Ladungsträgermikroskop nach Anspruch 1, wobei die Trennwand eine dünne Folie ist, die für den Partikelstrom durchlässig ist, oder eine Öffnung, durch die der Ladungsträgerstrahl hindurch tritt.
Ladungsträgermikroskop nach Anspruch 1, wobei der Spalt zwischen der Probe und der Trennwand gemäß dem mittleren freien Weg des Ladungsträgerstrahls in Gasen, die in dem nicht evakuierten Raum, in den die Probe geladen ist, vorhanden sind, angepasst wird.
Ladungsträgermikroskop nach Anspruch 1, wobei der Spalt zwischen der Probe und der Trennwand so angepasst wird, dass er das Dreifache oder weniger des mittleren freien Wegs reflektierter Elektronen, die aus der Probe emittiert werden, in den Gasen ist, die in dem nicht evakuierten Raum vorhanden sind, in den die Probe geladen ist.
Ladungsträgermikroskop nach Anspruch 1, wobei ein isolierendes Element oder eine isolierende Folie auf einer Oberfläche der Trennwand, die zu der Probe weist, angeordnet ist.
Ladungsträgermikroskop nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: eine Leckstrommesseinheit zum Messen eines Leckstroms, der durch die untere Elektrode absorbiert wird, in einem Zustand, in dem die Probe nicht mit dem Ladungsträgerstrahl bestrahlt wird und ein elektrisches Feld zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode angelegt ist, wobei die Bildbildungseinheit das Bild bildet basierend auf einem Stromwert, der durch Subtrahieren des Leckstroms von dem Strom, der durch die untere Elektrode absorbiert wird, in einem Zustand, in dem die Probe mit dem Ladungsträgerstrahl bestrahlt wird und ein elektrisches Feld zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode angelegt ist, erhalten wird.
Ladungsträgermikroskop nach Anspruch 6, das ferner umfasst: einen Speicher zum Speichern einer Beziehung zwischen der Größe des Leckstroms und einem Spalt zwischen der Probe und der Trennwand; und eine Steuereinheit, die einen Spalt zwischen der Probe und der Trennwand basierend auf der Größe des Leckstroms erhält.
Verfahren zum Abbilden einer Probe, wobei das Verfahren umfasst: Laden einer Probe auf eine untere Elektrode, die in einem nicht evakuierten Raum angeordnet ist, der von einem evakuierten Raum innerhalb des optischen Ladungsträger-Objektivtubus durch eine Trennwand getrennt ist; Bestrahlen der Probe mit einem fokussierten Ladungsträgerstrahl; Anlegen einer Spannung an wenigstens eine aus der oberen Elektrode und der unteren Elektrode; Anpassen eines Spalts zwischen der Probe und der Trennwand; Messen eines Stroms, der durch die untere Elektrode absorbiert wird; und Bilden eines Bildes der Probe basierend auf dem Strom.
Verfahren zum Abbilden einer Probe nach Anspruch 8, wobei der Spalt zwischen der Probe und der Trennwand gemäß einem mittleren freien Weg emittierter Elektronen, die aus der Probe emittiert werden, in Gasen, die in dem nicht evakuierten Raum, in den die Probe geladen ist, vorhanden sind, angepasst wird.
Verfahren zum Abbilden einer Probe nach Anspruch 8, wobei der Spalt zwischen der Probe und der Trennwand so angepasst wird, dass er das Dreifache oder weniger des mittleren freien Wegs reflektierter Elektronen, die aus der Probe emittiert werden, in dem nicht evakuierten Raum ist.
Verfahren zum Abbilden einer Probe nach Anspruch 8, das ferner Folgendes umfasst: Messen eines Leckstroms, der durch die untere Elektrode absorbiert wird, in einem Zustand, in dem die Probe nicht mit dem Ladungsträgerstrahl bestrahlt wird und ein elektrisches Feld zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode angelegt ist, wobei das Bild bildet basierend auf einem Stromwert gebildet wird, der durch Subtrahieren des Leckstroms von dem Strom, der durch die untere Elektrode absorbiert wird, in einem Zustand, in dem die Probe mit dem Ladungsträgerstrahl bestrahlt wird und ein elektrisches Feld zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode angelegt ist, erhalten wird.