DE112017006846T5

DE112017006846T5 - Ladungspartikelstrahlvorrichtung

Info

Publication number: DE112017006846T5
Application number: DE112017006846.0T
Authority: DE
Inventors: Ryuju Sato; Toshihide Agemura; Tsunenori Nomaguchi
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2017-02-22
Publication date: 2019-10-02
Also published as: WO2018154638A1; CN110383414A; US20190385810A1; JP6736756B2; JPWO2018154638A1

Abstract

Eine Ladungspartikelstrahlvorrichtung umfasst eine Ladungspartikelstrahlquelle, die einen Primärladungspartikelstrahl emittiert, eine Objektivlinse, die den Primärladungspartikelstrahl auf eine Probe fokussiert, eine Durchgangselektrode, die aus einem Metallmaterial ausgebildet ist und zwischen der Ladungspartikelstrahlquelle und einem Spitzenende der Objektivlinse angeordnet ist, einen Detektor, der ein Sekundärladungspartikel detektiert, das von der Probe emittiert wird, und eine Elektrode für ein elektrostatisches Feld, die von der Durchgangselektrode elektrisch isoliert ist. Die Durchgangselektrode ist derart ausgebildet, dass der Primärladungspartikelstrahl durch das Innere der Durchgangselektrode hindurchtritt. Die Elektrode für ein elektrostatisches Feld ist so ausgebildet, dass sie einen äußeren Umfang der Durchgangselektrode bedeckt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ladungspartikelstrahlvorrichtung.
Stand der Technik
Es ist eine Technik zum Unterscheiden und Detektieren von Sekundärelektronen und rückgestreuten Elektronen in einer Ladungspartikelstrahlvorrichtung offenbart worden (PTL 1). In PTL 1 ist ein Verzögerungsraum zum Verzögern von Signalelektronen in einem Detektionssystem vorgesehen und ein Ablenkfeld wird in diesem Verzögerungsraum erzeugt, so dass Sekundärelektronen mit geringer Energie selektiv gesammelt werden. Ferner wird die Energie der zu detektierenden Signalelektronen durch Steuern eines Potentials des Verzögerungsraums ausgewählt.
Literatur des Standes der Technik
Patentliteratur
PTL 1: WO99/46798
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Im Detektionssystem mit dem Verzögerungsraum, wie in PTL 1 beschrieben, tritt das Ablenkfeld auf einen Primärelektronenstrahlpfad aus und folglich kann eine Erhöhung der Aberration aufgrund der Energiestreuung des Primärelektronenstrahls nicht vermieden werden. Wenn das Ablenkfeld geschwächt wird, um den Einfluss auf die Primärelektronenstrahlbahn zu verringern, wird hier die Sammeleffizienz der Sekundärelektronen verringert. Das heißt, die Aberrationsverringerung des Primärelektronenstrahls und die Detektion der Signalelektronen mit hoher Effizienz können nicht beide erreicht werden.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladungspartikelstrahlvorrichtung zu schaffen, die emittierte Partikel, die in einer Probe erzeugt werden, durch Unterscheiden der Energie ohne Einfluss auf den Primärpartikelstrahl effizient sammeln kann.
Lösung für das Problem
Eine Ladungspartikelstrahlvorrichtung enthält eine Ladungspartikelstrahlquelle, die einen Primärladungspartikelstrahl emittiert, eine Objektivlinse, die den Primärladungspartikelstrahl auf eine Probe fokussiert, eine Durchgangselektrode, die aus einem Metallmaterial ausgebildet ist und zwischen der Ladungspartikelstrahlquelle und einem Spitzenende der Objektivlinse angeordnet ist, einen Detektor, der ein Sekundärladungspartikel detektiert, das von der Probe emittiert wird, und eine Elektrode für ein elektrostatisches Feld, die von der Durchgangselektrode elektrisch isoliert ist. Die Durchgangselektrode ist derart ausgebildet, dass der Primärladungspartikelstrahl durch das Innere der Durchgangselektrode hindurchtritt. Die Elektrode für ein elektrostatisches Feld ist so ausgebildet, dass sie einen äußeren Umfang der Durchgangselektrode bedeckt.
Vorteilhafter Effekt
Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine Ladungspartikelstrahlvorrichtung zu schaffen, die emittierte Partikel, die in einer Probe erzeugt werden, durch Unterscheiden einer Energie ohne Einfluss auf den Primärpartikelstrahl effizient sammeln kann.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) gemäß einer ersten Ausführungsform.
2A bis 2C stellen eine Konfiguration eines Sekundärelektronendetektors dar.
3A bis 3C sind schematische Diagramme einer Apertur.
4 ist ein schematisches Diagramm eines ET-Detektors.
5 ist ein Diagramm, in dem Sekundärelektronendetektoren in vier Richtungen vorgesehen sind.
6 ist ein schematisches Diagramm eines SEM gemäß einer zweiten Ausführungsform.
7 ist ein Diagramm, in dem Sekundärelektronendetektoren gemäß der zweiten Ausführungsform in vier Richtungen vorgesehen sind.
8 ist ein schematisches Diagramm eines SEM gemäß einer dritten Ausführungsform.
9 ist ein schematisches Querschnittsdiagramm einer Durchgangselektrode.
10A ist ein schematisches Diagramm einer Potentialverteilung, wenn kein Material mit hohem Widerstand gemäß der dritten Ausführungsform vorgesehen ist.
10B ist ein schematisches Diagramm einer Potentialverteilung, wenn das Material mit hohem Widerstand gemäß der dritten Ausführungsform vorgesehen ist.
11 ist ein schematisches Diagramm einer Strahlelektrode.
12 ist ein schematisches Diagramm eines SEM gemäß einer vierten Ausführungsform.
13 ist ein schematisches Diagramm eines SEM gemäß einer fünften Ausführungsform.
14 ist ein schematisches Diagramm eines FIB-SEM.
15 stellt ein Beispiel eines Monitorbildschirms dar.

Beschreibung von Ausführungsformen
In den folgenden Ausführungsformen ist ein Beispiel einer Ladungspartikelstrahlvorrichtung nicht auf ein Rasterelektronenmikroskop (nachstehend als „SEM“ bezeichnet) begrenzt und kann beispielsweise auf ein Rasterelektronenmikroskop mit fokussiertem lonenstrahl (nachstehend als „FIB-SEM“ bezeichnet) und ein Rastertransmissionselektronenmikroskop (STEM) angewendet werden.
Das SEM ist eine Vorrichtung, die ein zweidimensionales abgetastetes Bild durch Beschleunigen eines Primärelektronenstrahls, der von einer Elektronenquelle emittiert wird, zweidimensionales Abtasten einer Probe und Detektieren von Signalelektronen, die von der Probe erzeugt werden, erhält. Wenn die Probe mit dem Primärelektronenstrahl bestrahlt wird, wird der Primärelektronenstrahl unter Verwendung einer Objektivlinse verschmälert. Der Primärelektronenstrahl kann weiter verschmälert werden, wenn die Aberration der Objektivlinse kleiner wird, so dass die Probe mit einer höheren Auflösung beobachtet werden kann. Das heißt, die Aberration der Objektivlinse ist vorzugsweise kleiner.
Anderseits haben die letzten Jahre einen zunehmenden Beobachtungsbedarf bei einer geringen Beschleunigungsspannung für den Zweck der Beobachtung einer oberen Oberfläche einer Probe oder der Verringerung von Beschädigungen an einer Probe gesehen. Wenn die Beschleunigungsspannung fällt, nimmt im Allgemeinen die Aberration der Objektivlinse zu und die Auflösung eines SEM-Bildes verschlechtert sich. Dies ist eine Hauptursache für eine erhöhte chromatische Aberration aufgrund der geringen Energie des Primärelektronenstrahls, wenn er durch die Objektivlinse hindurchtritt.
Um eine hohe Auflösung selbst bei der niedrigen Beschleunigungsspannung zu erreichen, ist ein optisches System (nachstehend als optisches Verzögerungssystem bezeichnet), das den Primärelektronenstrahl verlangsamt, bevor er die Probe erreicht, wirksam. Da im optischen Verzögerungssystem die Primärelektronen durch die Objektivlinse mit hoher Energie hindurchtreten, kann die chromatische Aberration verringert werden.
Als Verfahren zum Verwirklichen des optischen Verzögerungssystems werden ein Verzögerungsverfahren und ein Verstärkungsverfahren verwendet. Bei beiden Verfahren wird ein Potentialgradient so bereitgestellt, dass der Primärelektronenstrahl zwischen der Probe und einem SEM-Körper verlangsamt wird, aber Abschnitte, an die Spannungen angelegt werden, unterschiedlich sind. Im Verzögerungsverfahren wird eine negative Spannung an die Probe angelegt. Im Verstärkungsverfahren wird eine Elektrode (nachstehend als Verstärkungselektrode bezeichnet), durch die ein Primärelektronenstrahl hindurchtritt, im SEM-Körper vorgesehen und eine positive Spannung wird an die Elektrode angelegt. Eine hohe Auflösung bei der niedrigen Beschleunigungsspannung wird durch diese Verfahren verwirklicht.
Außerdem werden Signalelektronen, die durch das SEM detektiert werden, grob in zwei Arten klassifiziert. Eine ist ein Sekundärelektron mit geringer Energie (typischerweise 50 eV oder weniger) und die andere ist ein rückgestreutes Elektron mit hoher Energie (typischerweise von 50 eV bis zur Bestrahlungsenergie des Primärelektronenstrahls). Ein Sekundärelektronenbild zeigt hauptsächlich einen Kontrast, der eine Oberflächenform der Probe widerspiegelt. Andererseits ist im Fall des rückgestreuten Elektrons der durch diese Energie erhaltene Kontrast unterschiedlich. Ein Bild, in dem ein Teil von rückgestreuten Elektronen mit einer Energie in einem Umfang der Bestrahlungsenergie des Primärelektronenstrahls detektiert wird, zeigt einen Kontrast, der die Oberflächenform und eine Zusammensetzungsverteilung der Probe widerspiegelt. Wenn rückgestreute Elektronen mit relativ geringer Energie detektiert werden, werden Informationen mit der Zusammensetzung und Struktur innerhalb der Probe im Kontrast des Bildes widergespiegelt. Wie vorstehend beschrieben, können verschiedene Probeninformationen durch Detektieren der Signalelektronen und Klassifizieren derselben nach Energie erhalten werden.
In einem normalen optischen System können beispielsweise nur Sekundärelektronen mit niedriger Energie durch eine Ablenkeinrichtung abgelenkt und detektiert werden. Im optischen Verzögerungssystem weisen jedoch die Sekundärelektronen und die rückgestreuten Elektronen eine hohe Energie auf, indem sie durch eine Potentialdifferenz zwischen der Probe und dem SEM-Körper beschleunigt werden. Da es schwierig ist, nur die Sekundärelektronen mit hoher Energie abzulenken, ist PTL 1 als Verfahren zum Lösen des Problems vorgeschlagen. Wie vorstehend beschrieben, kann jedoch PTL 1 nicht sowohl die Aberrationsverringerung des Primärelektronenstrahls als auch die Detektion der Sekundärelektronen mit hoher Effizienz erreichen. Daher werden Ausführungsformen zum Lösen dieses Problems nachstehend beschrieben.
Erste Ausführungsform
1 ist eine schematische Ansicht eines SEM gemäß der ersten Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt, stellt eine Z-Achse eine Achse parallel zu einem Pfad dar, durch den ein Primärelektronenstrahl hindurchtritt, und eine R-Achse stellt eine beliebige Achse dar, die in einer zur Z-Achse senkrechten Ebene definiert ist.
Das SEM in 1 umfasst eine Elektronenquelle 101, die einen Primärelektronenstrahl 130 erzeugt, eine Extraktionselektrode 102, die Elektronen aus der Elektronenquelle 101 extrahiert, eine Objektivlinse 104, die den Primärelektronenstrahl 130 auf eine Probe 103 fokussiert, eine Verstärkungselektrode 105, die den Primärelektronenstrahl 130 beschleunigt, einen Probenhalter 106, auf dem die Probe 103 angeordnet wird, einen Sekundärelektronendetektor 110, der Sekundärelektronen 131a detektiert, die in der Probe 103 erzeugt werden, eine Durchgangselektrode 112, die einen Pfad des Primärelektronenstrahls 130 umgibt und mit der Verstärkungselektrode 105 in Kontakt steht, eine Extraktionsleistungsversorgung 140, die eine Extraktionsspannung zwischen der Elektronenquelle 101 und der Extraktionselektrode 102 anlegt, eine Beschleunigungsleistungsversorgung 141, die eine Beschleunigungsspannung an die Elektronenquelle 102 anlegt, um den Primärelektronenstrahl zu beschleunigen, eine Verstärkungsleistungsversorgung 142, die eine positive Spannung an die Verstärkungselektrode 105 und die Durchgangselektrode 112 anlegt, und eine Verzögerungsleistungsversorgung 143, die eine negative Spannung an den Probenhalter 106 und die Probe 103 anlegt.
Obwohl 1 ein Beispiel darstellt, in dem ein Verstärkungsverfahren zum Anlegen einer positiven Spannung an die Verstärkungselektrode 105 und ein Verzögerungsverfahren zum Anlegen einer negativen Spannung an die Probe 103 kombiniert sind, ist ein Verfahren zum Verwirklichen eines optischen Verzögerungssystems nicht darauf begrenzt. Das heißt, entweder das Verstärkungsverfahren oder das Verzögerungsverfahren kann verwendet werden.
Der Sekundärelektronendetektor 110 ist zwischen der Elektronenquelle 102 und der Probe 103 angeordnet. Das SEM umfasst ferner: eine erste Gitterelektrode 111 mit einer Netzstruktur, durch die Signalelektronen zwischen den Sekundärelektronendetektor 110 und die Objektivlinse 104 eintreten; eine erste Elektrode 113 für ein elektrostatisches Feld, eine zweite Elektrode 115 für ein elektrostatisches Feld und eine zweite Gitterelektrode 116 mit einer Netzstruktur, die zwischen der Elektronenquelle 102 und der ersten Gitterelektrode 111 angeordnet sind und von der Durchgangselektrode 112 elektrisch isoliert sind; eine Bahnsteuerelektrode 117, die die Bahn der Signalelektronen steuert und zwischen der Elektronenquelle 101 und dem Sekundärelektronendetektor 110 angeordnet ist; und einen Detektor 118 für rückgestreute Elektronen, der rückgestreute Elektronen 131 detektiert und zwischen der Elektronenquelle 101 und der Bahnsteuerelektrode 117 angeordnet ist.
Um eine Spannung an jede Elektrode anzulegen, sind die folgenden Leistungsversorgungen, das heißt eine Detektorleistungsversorgung 144, die eine positive Spannung zum Sekundärelektronendetektor 110 zuführt, eine erste Verzögerungsleistungsversorgung 145, die eine negative Spannung zur ersten Elektrode 113 für ein elektrostatisches Feld zuführt, eine zweite Verzögerungsleistungsversorgung 146, die eine negative Spannung zur zweiten Elektrode 115 für ein elektrostatisches Feld und zur zweiten Gitterelektrode 116 zuführt, und eine Bahnsteuerleistungsversorgung 147, die eine negative Spannung zur Bahnsteuerelektrode 117 zuführt, jeweils verbunden. Hier wird ein Potential, das ungefähr dasselbe wie jenes der Probe ist, an die erste Verzögerungsleistungsversorgung 145 und die zweite Verzögerungsleistungsversorgung 146 angelegt. Nachstehend wird ein Bereich des elektrischen Feldes, der aus der ersten Elektrode 113 für ein elektrostatisches Feld, der zweiten Elektrode 115 für ein elektrostatisches Feld und der zweiten Gitterelektrode 116 gebildet ist, um die Signalelektronen zu verzögern, als Verzögerungsraum bezeichnet.
2A bis 2C stellen Konfigurationen des Sekundärelektronendetektors dar. In der ersten Elektrode 113 für ein elektrostatisches Feld ist eine Apertur 114 mit einer Spitzenoberfläche 114a auf der Seite nahe der Durchgangselektrode 112 und einer Spitzenoberfläche 114b auf der von der Durchgangselektrode 112 entfernten Seite an einer Seitenwand davon vorgesehen und der Sekundärelektronendetektor 110 ist der Apertur 114 zugewandt. Das heißt, eine empfindliche Fläche 110a des Sekundärelektronendetektors 110 ist dem Verzögerungsraum zugewandt. Die empfindliche Fläche 110a liegt beispielsweise in der R-Achsen-Richtung näher an der Seite der Durchgangselektrode 112 (2A) als die Spitzenoberfläche 114a, oder in der Apertur 114 (2B) oder in einer Richtung, die in der R-Achsen-Richtung von der Durchgangselektrode 112 weiter entfernt ist als die Spitzenoberfläche 114b (2C). Ferner kann die empfindliche Fläche 110a auch die Spitzenoberflächen 114a und 114b überlappen. Obwohl die empfindliche Fläche 110a vorzugsweise zur Achse der Durchgangselektrode 112 parallel ist, kann sie außerdem auch innerhalb eines Bereichs geringfügig geneigt sein, in dem Sekundärelektronen effizient erhalten werden können.
Ein starkes Ablenkfeld wird im Verzögerungsraum durch die Apertur 114 hindurch gebildet, so dass ein Teil der Signalelektronen zum Sekundärelektronendetektor 110 geführt wird. 3A bis 3C sind schematische Ansichten der Apertur. 3A bis 3C zeigen drei Typen eines runden Lochs (3A), eines quadratischen Lochs (3B) und einer Struktur (3C), die in der Endabschnittsrichtung ausgeschnitten ist, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf begrenzt.
Als nächstes wird ein Betriebsprinzip des in 1 dargestellten SEM beschrieben. Der Primärelektronenstrahl 130, der von der Elektronenquelle 101 emittiert wird, tritt durch die Durchgangselektrode 112 hindurch und wird durch die Objektivlinse 104 verschmälert und auf die Probe 103 aufgebracht. Wenn der Primärelektronenstrahl 130 auf die Probe 103 aufgebracht wird, werden die Signalelektronen wie z. B. die Sekundärelektronen 131a und die rückgestreuten Elektronen 131b emittiert. Die Signalelektronen werden durch die Verzögerungsspannung und die Verstärkungsspannung beschleunigt, um sich in Richtung der Elektronenquelle 101 zu bewegen, und treten durch die erste Gitterelektrode 111 hindurch. Die zum Verzögerungsraum geführten Signalelektronen werden erneut in demselben Umfang der Energie zu der Zeit, zu der sie an der Probe 103 erzeugt werden, verlangsamt. Im Verzögerungsraum werden die Sekundärelektronen 131a mit geringer Energie in den Signalelektronen durch das starke Ablenkfeld sehr effizient gesammelt und werden sehr effizient durch den Sekundärelektronendetektor 110 detektiert. Andererseits weisen die rückgestreuten Elektronen 131b immer noch eine höhere Energie auf, selbst wenn sie verlangsamt werden. Folglich treten die rückgestreuten Elektronen 131b durch den Verzögerungsraum hindurch, Bahnen davon werden durch die Bahnsteuerelektrode 117 korrigiert und die rückgestreuten Elektronen 131b werden durch den Detektor 118 für rückgestreute Elektronen sehr effizient detektiert.
Durch Abschirmen eines Austritts des elektrischen Feldes auf den Pfad des Primärelektronenstrahls 130 kann ferner das starke Ablenkfeld im Verzögerungsraum ohne Einfluss auf den Primärelektronenstrahl 130 gebildet werden und die Sekundärelektronen 131a können sehr effizient detektiert werden. Folglich werden die Signalelektronen gesammelt und in die Sekundärelektronen 131a und die rückgestreuten Elektronen 131b unterschieden und Schwierigkeiten der Aberrationsverringerung des Primärelektronenstrahls 130 und der Detektion mit hoher Effizienz der Sekundärelektronen 131a werden überwunden.
In dieser Ausführungsform wird ferner eine Spannung, die die Signalelektronen durch die Verzögerungsspannung und die Verstärkungsspannung verlangsamt, an die erste Elektrode 113 für ein elektrostatisches Feld, an die zweite Elektrode 115 für ein elektrostatisches Feld und an die zweite Gitterelektrode 116 angelegt, so dass der Verzögerungsraum gebildet wird. Im Fall eines optischen Systems, auf das nur das Verzögerungsverfahren oder das Verstärkungsverfahren angewendet wird, kann natürlich der Verzögerungsraum ebenso durch Anlegen einer Spannung, die die Signalelektronen durch eine Spannung verlangsamt, an die Elektrode gebildet werden. In einem optischen System, auf das das Verzögerungsverfahren und das Verstärkungsverfahren nicht angewendet werden, können ferner nur die Sekundärelektronen 131a selektiv durch das Ablenkfeld detektiert werden, ohne eine Spannung an jede Elektrode anzulegen. In diesem Fall wird der Verzögerungsraum nicht gebildet. Eine Ausführungsform, auf die das optische Verzögerungssystem nicht angewendet wird, wird nachstehend beschrieben (8).
Das Ablenkfeld, das die Sekundärelektronen 131a zum Sekundärelektronendetektor 110 führt, kann leicht gebildet werden, beispielsweise unter Verwendung eines Everhart-Thornley-Detektors (ET-Detektors) mit einem Szintillator (empfindliche Fläche 110a), einem Lichtleiter und einer Photoelektronenvervielfacherröhre im Sekundärelektronendetektor 110. 4 ist eine schematische Ansicht des ET-Detektors. Der Detektor umfasst einen Szintillator 201, der kollidierte Elektronen in Licht umwandelt, einen Lichtleiter 202, der das Licht überträgt, und eine Photoelektronenvervielfacherröhre 203, die das erreichte Licht vervielfacht und in ein elektrisches Signal umwandelt. Die Detektorleistungsversorgung 144 legt eine hohe Spannung (beispielsweise 10 kV) an den Szintillator 201 an. Folglich wird ein starkes elektrisches Feld in der horizontalen Richtung im Verzögerungsraum gebildet und die Sekundärelektronen 131a können zum Sekundärelektronendetektor 110 geführt werden. Wenn die Verstärkungsspannung eine hohe Spannung (beispielsweise 8 kV) ist, ist ferner die Detektorleistungsversorgung 144 unnötig, indem die Verstärkungselektrode 105 und der Szintillator 201 leitfähig gemacht werden. Außerdem besteht keine Begrenzung für das obige Verfahren zum Bilden des Ablenkfeldes. Eine netzartige Elektrode kann beispielsweise zwischen dem Szintillator 201 und der ersten Elektrode 113 für ein elektrostatisches Feld angeordnet sein, so dass es keine Rolle spielt, selbst wenn die Sekundärelektronen 131a in Richtung des Sekundärelektronendetektors 110 durch Anlegen einer positiven Spannung an die netzartige Elektrode abgelenkt werden.
5 ist ein Diagramm, in dem Sekundärelektronendetektoren in vier Richtungen vorgesehen sind. Obwohl eine Festlegungsanzahl von Sekundärelektronendetektoren 110 nicht begrenzt ist, ändert sich die Sammeleffizienz in Abhängigkeit von der Position, in der die Sekundärelektronen 131a eintreten, wenn die Festlegungsanzahl klein ist (beispielsweise nur einer). Das heißt, bei den Sekundärelektronen 131a, die in den Verzögerungsraum in der Richtung eintreten, in der der Sekundärelektronendetektor 110 angeordnet ist, und den Sekundärelektronen 131a, die in den Verzögerungsraum in der entgegengesetzten Richtung mit der Durchgangselektrode 112 dazwischen eintreten, sind die ersteren viel leichter zu detektieren. Daher wird eine Ungleichmäßigkeit der Helligkeit in Abhängigkeit von einer Erzeugungsposition der Sekundärelektronen 131a an der Probe in einem Beobachtungsbild erzeugt, das vom Sekundärelektronendetektor 110 in einer Richtung erhalten wird,. Um die Ungleichmäßigkeit zu verringern, ist es erforderlich, Abweichungen der Sammeleffizienz der Sekundärelektronen 131a zu verringern. Unter Verwendung einer elektrischen Schaltung die die Sekundärelektronendetektoren 110 in mehreren Richtungen umfasst und ein Signal geeignet verarbeitet, das von jedem Detektor erhalten wird, ist es daher möglich, ein Bild zu erhalten, in dem die Ungleichmäßigkeit der Helligkeit verringert ist. Aus einer Elektronenbahnsimulationsuntersuchung wurde festgestellt, dass es bevorzugt ist, Detektoren in drei Richtungen oder mehr anzuordnen.
Durch Anordnen des Sekundärelektronendetektors 110 in mehreren Richtungen kann ferner eine Unterscheidung in Abhängigkeit von Emissionswinkeln der Sekundärelektronen 131a durchgeführt werden. Durch diese Emissionswinkelunterscheidung kann ein Bild, in dem eine ungleichmäßige Struktur auf einer Oberfläche der Probe betont ist, erhalten werden. Wenn die Oberfläche der zu beobachtenden Probe eine ungleichmäßige Struktur oder eine Struktur aufweist, die in Bezug auf eine Bestrahlungsachse des Primärelektronenstrahls 130 geneigt ist, ist die Verteilung des Emissionswinkels der Signalelektronen in Bezug auf die Bestrahlungsachse asymmetrisch. Das heißt, die Signalelektronen werden in einer abgewichenen Weise in Bezug auf einen Teil der Winkelrichtung emittiert. Unter Verwendung dieser Abweichung und durch selektives Detektieren von Signalelektronen in einem Teil der Winkelrichtung ist es möglich, das Bild zu erhalten, in dem die ungleichmäßige Struktur auf der Oberfläche der Probe betont ist.
In dieser Ausführungsform können die Sekundärelektronen 131a gemäß Emissionswinkeln durch die Sekundärelektronendetektoren 110 erhalten werden, die in vier Richtungen angeordnet sind. Durch Bilden eines Bildes auf der Basis nur des Signals, das von irgendeinem der Sekundärelektronendetektoren 110 erhalten wird, kann daher ein Kontrast, in dem die obige ungleichmäßige Struktur betont ist, erhalten werden. Durch Subtrahieren des Signals von den Sekundärelektronendetektoren 110, die einander zugewandt sind, ist es ferner möglich, den Kontrast zu erhalten, der weiter die Ungleichmäßigkeit oder die geneigte Oberfläche der Probe betont. Wenn ein Bild durch Addieren der Signale erzeugt wird, die durch die vier Sekundärelektronendetektoren 110 erhalten werden, erscheint außerdem der andere Kontrast als die ungleichmäßige Struktur wahrscheinlich deutlicher.
Als Detektor 118 für rückgestreute Elektronen wird beispielsweise der ET-Detektor mit einer Ringform verwendet. Da in diesem Fall eine hohe Spannung an den Szintillator in derselben Weise wie an den Sekundärelektronendetektor 110 angelegt wird, ist es erforderlich, das Potential des Verzögerungsraums so zu steuern, dass die Sekundärelektronen 131a nicht durch diese hohe Spannung gezogen werden. Hier besteht keine Begrenzung für das Verfahren der Detektion der rückgestreuten Elektronen 131b. Die Detektion kann unter Verwendung eines Halbleiterdetektors mit der Ringform durchgeführt werden und eine Konfiguration, in der eine Umwandlungselektrode angeordnet ist, um umgewandelte Elektronen zu detektieren, die erzeugt werden, wenn die rückgestreuten Elektronen 131b daran kollidieren, kann übernommen werden. Eine Ausführungsform unter Verwendung der Umwandlungselektrode wird nachstehend beschrieben (8).
Hier können die rückgestreuten Elektronen 131b durch Öffnungsteile des Netzes in der zweiten Gitterelektrode 116 hindurchtreten, um den Detektor 118 für rückgestreute Elektronen zu erreichen. Durch Erhöhen des Verhältnisses (Öffnungsverhältnisses) der Fläche der Öffnungsteile im Hinblick auf das Netz können daher die rückgestreuten Elektronen 113b, die durch die zweite Gitterelektrode 116 hindurchtreten, vermehrt werden. Andererseits tritt das Potential der Bahnsteuerelektrode 117 und des Detektors 118 für rückgestreute Elektronen leichter in den Verzögerungsraum aus, wenn das Öffnungsverhältnis der zweiten Gitterelektrode 116 höher ist, so dass die Bahn der Sekundärelektronen 131a beeinflusst wird. Wenn der ET-Detektor als Detektor 118 für rückgestreute Elektronen verwendet wird, tritt die an den Szintillator 201 angelegte hohe Spannung in den Verzögerungsraum aus. Wenn das Austrittsausmaß groß ist, treten die Sekundärelektronen 131a durch den Verzögerungsraum hindurch und werden durch den Detektor 118 für rückgestreute Elektronen detektiert. Daher ist es erwünscht, dass das Öffnungsverhältnis der zweiten Gitterelektrode 116 durch ein Detektionsgleichgewicht zwischen den Sekundärelektronen 131a und den rückgestreuten Elektronen 131b bestimmt wird.
Wenn die Durchgangselektrode 112 dem Verzögerungsraum ausgesetzt ist, wird ein elektrisches Feld im Verzögerungsraum erzeugt, so dass die Signalelektronen eine Kraft in der Richtung der Durchgangselektrode 112 empfangen. Dann werden die Sekundärelektronen 131a, die in den Verzögerungsraum von der Nähe der Durchgangselektrode 112 eintreten, an die Durchgangselektrode 112 angezogen und folglich werden viele der Sekundärelektronen 131a nicht detektiert. Um dies zu beseitigen, wird in dieser Konfiguration die zweite Elektrode 115 für ein elektrostatisches Feld direkt außerhalb der Durchgangselektrode 112 angeordnet, um zu verhindern, dass ein elektrisches Feld, das die Sekundärelektronen 131a anzieht, im Verzögerungsraum erzeugt wird. Mit der obigen Konfiguration können sowohl eine Aberrationsverringerung des Primärelektronenstrahls 130 als auch eine Detektion der Sekundärelektronen 131a mit hoher Effizienz erreicht werden.
Hier ist es nicht erforderlich, jeweils dieselbe Spannung an die erste Elektrode 113 für ein elektrostatisches Feld, die zweite Elektrode 115 für ein elektrostatisches Feld und die zweite Gitterelektrode 116 anzulegen. Da jedoch die zweite Elektrode 115 für ein elektrostatisches Feld mehr innen angeordnet ist als die erste Elektrode 113 für ein elektrostatisches Feld, ist es erforderlich, eine Spannung an die zweite Elektrode 115 für ein elektrostatisches Feld von einer mehr äußeren Seite als die erste Elektrode 113 für ein elektrostatisches Feld anzulegen. Als Verfahren zum Anlegen der Spannung wird die zweite Gitterelektrode 116 mit der zweiten Elektrode 115 für ein elektrostatisches Feld in Kontakt gebracht, so dass sie dasselbe Potential aufweisen, und die Struktur kann vereinfacht werden, wie in 1 gezeigt. In diesem Fall müssen auch die zweite Gitterelektrode 116 und die zweite Elektrode 115 für ein elektrostatisches Feld nicht dasselbe Potential aufweisen wie die erste Elektrode 113 für ein elektrostatisches Feld.
Hier werden verschiedene Spannungen jeweils an die Durchgangselektrode 112 und die zweite Elektrode 115 für ein elektrostatisches Feld angelegt. Daher ist es erforderlich, einen geeigneten Abstand aufrechtzuerhalten, so dass eine Entladung nicht dazwischen auftritt. Andererseits muss, um eine Anzahl von Signalelektronen, die so groß wie möglich ist, in den Verzögerungsraum zu führen, die zweite Elektrode 115 für ein elektrostatisches Feld einen Außendurchmesser aufweisen, der so klein wie möglich ist. In Anbetracht dessen, dass der Innendurchmesser der Durchgangselektrode 112 größer als oder gleich einem bestimmten Wert sein muss, um den Primärelektronenstrahl 130 hindurchtreten zu lassen, ist es erwünscht, eine Konstruktion dieser Elektroden durch Gewichten des Risikos der Entladung und der Sammeleffizienz der Signalelektronen im Gleichgewicht zu optimieren.
Da der Pfad des Primärelektronenstrahls 130 vom Verzögerungsraum durch die Durchgangselektrode 112 getrennt wird, wird ferner der Einfluss der Primärelektronen 130 aufgrund eines Raumpotentials, das durch den Verzögerungsraum oder den Szintillator gebildet wird, gemildert. Um den Einfluss der Primärelektronen 130 zu minimieren, muss hier die Durchgangselektrode 112 lang genug sein, um zu verhindern, dass das Potential des Verzögerungsraums oder des Ablenkfeldes austritt. In dieser Ausführungsform ist als Verfahren zum Miniaturisieren der Größe der Durchgangselektrode 112 die erste Gitterelektrode 111, die in einer Netzform vorliegt und dasselbe Potential wie die Durchgangselektrode 112 aufweist, vorgesehen. Durch Ausbilden der ersten Gitterelektrode 111 zu der Netzform wird verhindert, dass unnötige Potentiale von der Nähe eines unteren Endes der Durchgangselektrode 112 austreten. Folglich ermöglicht dies, dass Signalelektronen in den Verzögerungsraum ohne Einfluss auf den Primärelektronenstrahl 130 eintreten.
Da in dieser Ausführungsform die Durchgangselektrode 112, die erste Elektrode 113 für ein elektrostatisches Feld und die zweite Elektrode 115 für ein elektrostatisches Feld in einer zylindrischen Form dargestellt sind, besteht keine Begrenzung für diese Elektroden, solange sie ein gewünschtes Potential im folgenden Detektionssystembetrieb bilden können.
Gemäß dieser Konfiguration können durch Steuern der an die Durchgangselektrode 112 und die erste Elektrode 113 für ein elektrostatisches Feld angelegten Spannung die Signalelektronen mit beliebigem Energieband in den Sekundärelektronendetektor 110 geführt werden. Das heißt, ein Teil des Energiebandes der rückgestreuten Elektronen 131b kann auch selektiv unter Verwendung des Sekundärelektronendetektors 110 detektiert werden.
Zweite Ausführungsform
7 ist eine schematische Ansicht eines SEM gemäß der zweiten Ausführungsform und 8 ist ein Diagramm, in dem Sekundärelektronendetektoren gemäß der zweiten Ausführungsform in vier Richtungen vorgesehen sind. In der zweiten Ausführungsform sind die zwei ersten Elektroden 113a und 113b für ein elektrostatisches Feld auf einer Seite der Elektronenquelle 101 und einer Seite der Objektivlinse 104 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Raum zwischen diesen zwei ersten Elektroden für ein elektrostatisches Feld als „Apertur“ definiert.
Wie in der ersten Ausführungsform wird, wenn eine hohe Spannung an den Szintillator 201 angelegt wird, ein Ablenkfeld in der horizontalen Richtung eines Verzögerungsraums durch die Apertur zwischen der ersten Elektrode 113a für ein elektrostatisches Feld auf der Seite der Objektivlinse und der ersten Elektrode 113b für ein elektrostatisches Feld auf der Seite der Elektronenquelle gebildet. Selbst in einer solchen Konfiguration können daher nur die verlangsamten Sekundärelektronen 131a im Ablenkfeld gesammelt werden und die Sekundärelektronen 131a können selektiv im Sekundärelektronendetektor 110 detektiert werden.
Dritte Ausführungsform
8 ist eine schematische Ansicht eines SEM gemäß der dritten Ausführungsform. In der dritten Ausführungsform ist ein zentrales Rohr 300 in einem Durchgangspfad des Primärelektronenstrahls 130 angeordnet. 9 ist eine schematische Querschnittsansicht des zentralen Rohrs 300. Die Durchgangselektrode 112 entspricht einer Innenwandmetallbeschichtung 301 eines röhrenförmigen Teils. Die Innenwandmetallbeschichtung 301 ist auf ein Material 302 mit hohem Widerstand überzogen. Ferner ist ein Teil des Materials 302 mit hohem Widerstand durch eine Außenwandmetallbeschichtung 303 bedeckt, die der zweiten Elektrode 115 für ein elektrostatisches Feld entspricht. Mit anderen Worten, das zentrale Rohr 300 ist durch Aufbringen der Innenwandmetallbeschichtung 301 auf das Isolationsmaterial 302 und Aufbringen der Außenwandmetallbeschichtung 303 auf einen Teil der Außenwand davon gebildet. Als Material 302 mit hohem Widerstand wird beispielsweise Aluminiumoxid, dessen Widerstandswert so gesteuert wird, dass es keine Aufladung aufgrund einer Kollision von Signalelektronen verursacht, verwendet. Die Innenwandmetallbeschichtung 301 und die Außenwandmetallbeschichtung 303 bestehen aus irgendeinem von Gold, Silber und Titan oder Kombinationen davon. Materialien des Materials mit hohem Widerstand und der Metallbeschichtung sind jedoch nicht darauf begrenzt.
Die Metallbeschichtung, an die verschiedene Spannungen angelegt werden, ist durch das Material 302 mit hohem Widerstand getrennt. Die zwei Metallbeschichtungen können nahe eine Dicke gebracht werden, bei der das Material 302 mit hohem Widerstand durch eine Potentialdifferenz nicht zerstört wird. Da diese Dicke kleiner gemacht werden kann als der Abstand zwischen den Elektroden, wenn die Isolationseigenschaft durch den Raum aufrechterhalten wird, ist es möglich, die Sekundärelektronen 131a mit einer höheren Effizienz zu detektieren.
Ferner beeinflussen die Materialien 302 mit hohem Widerstand eine Potentialverteilung zwischen der Außenwandmetallbeschichtung 303 und der ersten Gitterelektrode 111. 10A bis 10B sind schematische Ansichten der Potentialverteilung gemäß der dritten Ausführungsform. 10A stellt einen Fall dar, in dem kein Material 302 mit hohem Widerstand vorgesehen ist, und 10B stellt einen Fall dar, in dem das Material 302 mit hohem Widerstand vorgesehen ist. Die in 10A gezeigte Potentialverteilung zeichnet Äquipotentiallinien fast parallel zur Durchgangselektrode 112 in der Nähe des zentralen Rohrs 300. Aufgrund dieser Potentialverteilung werden die Sekundärelektronen 131a, die in der Nähe der Durchgangselektrode 112 eintreten, einwärts gebogen und kollidieren mit der Innenwandmetallbeschichtung 301. Das heißt, die Sekundärelektronen 131a werden durch den Sekundärelektronendetektor 110 nicht detektiert. Andererseits, wie in 10B gezeigt, da das Material 302 mit hohem Widerstand vorgesehen ist, fließt ein winziger Strom zwischen der Außenwandmetallbeschichtung 303 und der ersten Gitterelektrode 111 und die Potentialverteilung auf der Oberfläche des Materials mit hohem Widerstand ist gleichmäßig. Das heißt die Äquipotentiallinien in der Nähe der Oberfläche des Materials 302 mit hohem Widerstand sind fast senkrecht zum zentralen Rohr 300. Die gleichmäßige Potentialverteilung bewirkt, dass Sekundärelektronen 321 in der Nähe des zentralen Rohrs 300 gerade laufen und in den Verzögerungsraum eintreten, wodurch sie durch den Sekundärelektronendetektor 110 detektiert werden. Unter Verwendung eines Materials mit einem geeigneten spezifischen Widerstand für das Material 302 mit hohem Widerstand ist es folglich möglich, die Signalelektronen mit höherer Effizienz zu detektieren. Das Material 302 mit hohem Widerstand weist vorzugsweise einen Widerstandswert von 10¹³ Ω oder weniger auf.
Eine Strahlelektrode 310 steht mit der Außenwandmetallbeschichtung 303 des zentralen Rohrs 300 in Kontakt. 11 ist eine schematische Ansicht der Strahlelektrode. Die Strahlelektrode 310 ist vorgesehen, um eine Spannung in die Außenwandmetallbeschichtung 303 einzuführen. Außerdem ist es bevorzugt, einen Ringabschnitt 311 und einen Strahlabschnitt 312 auszubilden, die mit der Außenwandmetallbeschichtung 303 in Kontakt stehen, um Bewegungen der Signalelektronen nicht zu behindern. Wie in der ersten und der zweiten Ausführungsform beschrieben, kann eine Elektrode mit einer Netzstruktur für den Zweck des Verhinderns, dass das Potential aus dem Detektor 118 für rückgestreute Elektronen austritt, verwendet werden.
In der dritten Ausführungsform ist ein Beispiel der Verwendung einer Umwandlungselektrode 121 als Detektionsverfahren der rückgestreuten Elektronen 131b beschrieben. Der Detektor 118 für rückgestreute Elektronen, eine dritte Elektrode 120 für ein elektrostatisches Feld mit einer Apertur, die zweite Gitterelektrode 116 in Kontakt mit der dritten elektrostatischen Elektrode und die Umwandlungselektrode 121, die mit der dritten elektrostatischen Elektrode in Kontakt steht und mit einem Teil der rückgestreuten Elektronen 131b kollidiert, sind hier auf einer Seite angeordnet, die näher an der Elektronenquelle 101 liegt als der Verzögerungsraum. Ferner ist eine Leistungsversorgung 148 mit negativer Spannung, die eine Spannung an die dritte Elektrode 120 für ein elektrostatisches Feld, die zweite Gitterelektrode 116 und die Umwandlungselektrode 121 anlegt, auch vorgesehen. Die dritte Ausführungsform beschreibt ein Beispiel, in dem mehrere Detektoren 118 für rückgestreute Elektronen angeordnet sind, aber es besteht keine Begrenzung für die Anzahl davon.
Ähnlich zur ersten und zur zweiten Ausführungsform kollidieren die rückgestreuten Elektronen 131b mit hoher Energie, die durch den Verzögerungsraum hindurchtreten, mit der Umwandlungselektrode 121, so dass umgewandelte Elektronen 132 erzeugt werden. Die umgewandelten Elektronen 132 werden aufgrund des Ablenkfeldes in eine Richtung des Detektors 118 für rückgestreute Elektronen geführt. Obwohl keine Begrenzung für das Verfahren zum Bilden des Ablenkfeldes besteht, kann hier die Sekundärelektrondetektion, die ähnlich zu derjenigen in der ersten Ausführungsform ist, leicht unter Verwendung eines ET-Detektors im Detektor 118 für rückgestreute Elektronen und Anlegen einer hohen Spannung an den Szintillator verwirklicht werden.
Durch Anlegen einer Spannung, die niedriger ist als jene der ersten Elektrode 113 für ein elektrostatisches Feld oder der Strahlelektrode 119, an die zweite Gitterelektrode 116 und die dritte Verzögerungselektrode 120, ist es ferner möglich zu verhindern, dass die Sekundärelektronen 131a durch den Verzögerungsraum hindurchtreten und durch den Detektor 118 für rückgestreute Elektronen detektiert werden.
Obwohl die Umwandlungselektrode 121 sich mit der dritten Elektrode 120 für ein elektrostatisches Feld in Kontakt befindet und dieselbe Spannung an die Elektroden 121 angelegt wird, ist es überdies nicht erforderlich, dass Spannungen der dritten Elektrode 120 für ein elektrostatisches Feld und der zweiten Gitterelektrode 116 gleich sind. Durch Anlegen einer Spannung, die niedriger ist als jene der dritten Elektrode 120 für ein elektrostatisches Feld und der zweiten Gitterelektrode 116 (beispielsweise eine Potentialdifferenz von 30 V), an die Umwandlungselektrode 121, ist es beispielsweise möglich zu verhindern, dass die erzeugten Umwandlungselektronen 132 in den Verzögerungsraum eintreten und durch den Sekundärelektronendetektor 110 detektiert werden.
Vierte Ausführungsform
12 ist eine schematische Ansicht eines SEM gemäß der vierten Ausführungsform. Ein Durchgangsloch ist in der Durchgangselektrode 112 vorgesehen, um zu ermöglichen, dass der Primärelektronenstrahl 130 durch dieses hindurchtritt. Daher können Sekundärelektronen 431a, die in das Durchgangsloch eintreten, nicht durch den Sekundärelektronendetektor 110 detektiert werden. Das heißt, es kann gesagt werden, dass einige Signalelektronen verloren gehen. In Abhängigkeit von Beobachtungsbedingungen des SEM werden ferner die Sekundärelektronen 431a am unteren Ende der Durchgangselektrode 112 konvergiert und die meisten Sekundärelektronen 431a können in das Durchgangsloch eintreten, was die Detektionseffizienz signifikant verringern kann.
Daher ist eine erste Ablenkeinrichtung 401a näher an einer Objektivlinse angeordnet als das untere Ende der Durchgangselektrode 112. Durch Betreiben der ersten Ablenkeinrichtung 401a mit einer geeigneten Stärke kann die Bahn der Sekundärelektronen 431a, die normalerweise in das Durchgangsloch eintreten würden, zur Außenseite der Durchgangselektrode 112 gebogen werden. Sekundärelektronen 431b, die durch die erste Gitterelektrode 111 hindurchtreten und deren Bahn gebogen wird, werden durch den Sekundärelektronendetektor 110 gemäß demselben Prinzip wie in 1 detektiert. Selbst unter der Bedingung, dass die Sekundärelektronen am unteren Ende der Durchgangselektrode 112 konvergiert werden, kann folglich eine hohe Detektionseffizienz aufrechterhalten werden.
Obwohl keine Begrenzung für die Konfiguration der ersten Ablenkeinrichtung 401a besteht, ist hier eine orthogonale Magnetfeldvorrichtung (nachstehend als „E x B“ bezeichnet) bevorzugt. Die E x B ist ein Mittel zum Ablenken von nur Signalelektronen ohne Biegen der Primärelektronen unter Verwendung der Tatsache, dass Bewegungsrichtungen der Primärelektronen und der Signalelektronen umgekehrt sind. Die spezielle Struktur umfasst ein Paar von Elektroden, die über die Primärelektronen einander zugewandt sind, und ein Paar von Magnetpolen, die über die Primärelektronen in einer Richtung einander zugewandt sind, die entlang des Paars von Elektroden verläuft. Das Paar von Elektroden und das Paar von Magnetpolen bilden ein elektrisches Feld und ein Magnetfeld, die jeweils den Primärelektronen und den Signalelektronen eine Ablenkwirkung erteilen.
Wenn die E x B betrieben wird, wird ein Magnetfeld festgelegt, um eine Ablenkwirkung in der entgegengesetzten Richtung im gleichen Ausmaß bereitzustellen, um die durch das elektrische Feld für die Primärelektronen bereitgestellte Ablenkwirkung aufzuheben. Daher werden die Primärelektronen nicht durch die Ablenkwirkung von der E x B beeinflusst. Da andererseits die Bewegungsrichtung der Signalelektronen zu jener der Primärelektronen entgegengesetzt ist, ist die Richtung der Ablenkwirkung, die vom Magnetfeld empfangen wird, zu den Primärelektronen entgegengesetzt. Das heißt, für die Signalelektronen wirken die Ablenkung aufgrund des elektrischen Feldes und die Ablenkung aufgrund des Magnetfeldes in derselben Richtung. Gemäß dem obigen Prinzip können durch die E x B nur die Signalelektronen abgelenkt werden, ohne die Primärelektronen abzulenken.
Da die vorliegende Ausführungsform das optische Verzögerungssystem anwendet, ist eine relativ große Ablenkwirkung erforderlich, wenn die Signalelektronen abgelenkt werden. Daher ist es erwünschter, die E x B als erste Ablenkeinrichtung 401a zu verwenden, um den Einfluss auf den Primärelektronenstrahl 130 zu mildern.
Ferner ist in dieser Ausführungsform die zweite Ablenkeinrichtung 401b näher an der Elektronenquelle angeordnet als ein oberes Ende der Durchgangselektrode 112. Der Zweck der zweiten Ablenkeinrichtung 401b besteht darin, eine Erhöhung der Aberration des Primärelektronenstrahls 130 zu verringern. Die erste Ablenkeinrichtung 401a ist eine Ursache der Erhöhung der zu verringernden Aberration. Selbst wenn die E x B als erste Ablenkeinrichtung 401a verwendet wird, tritt eine Streuung der Bahn aufgrund von Variationen der Energie des Primärelektronenstrahls 130 auf, wodurch sich eine schlechte Aberration ergibt. Um die Streuung der Bahn zu verringern, wird daher eine E x B als zweite Ablenkeinrichtung 401b auf der Seite der Elektronenquelle angeordnet und ein elektromagnetisches Feld wird in einer Richtung entgegengesetzt zur ersten Ablenkeinrichtung 401a gebildet. Durch diese zwei E x B wird eine Bahnstreuung des Primärelektronenstrahls 130 aufgehoben und die Erhöhung der Aberration kann verringert werden.
Fünfte Ausführungsform
13 ist eine schematische Ansicht eines SEM gemäß der fünften Ausführungsform. Hier wird kein optisches Verzögerungssystem angewendet. Nachstehend wird das SEM, auf das das optische Verzögerungssystem nicht angewendet wird, als SEM ohne optisches Verzögerungssystem bezeichnet. Im Fall des SEM ohne optisches Verzögerungssystem ist bereits ein Verfahren zum Ablenken von nur Sekundärelektronen und separaten Detektieren von rückgestreuten Elektronen bekannt. In der vierten Ausführungsform ist es auch möglich, durch Festlegen der ersten Elektrode 113 für ein elektrostatisches Feld, der zweiten Elektrode 115 für ein elektrostatisches Feld und der zweiten Gitterelektrode 116 auf dasselbe Potential (Massepotential) wie die Probe selektiv nur die Sekundärelektronen zu detektieren.
Außerdem kann die Energie der rückgestreuten Elektronen auch unterschieden werden. Da im SEM ohne optisches Verzögerungssystem die Signalelektronen nicht beschleunigt werden, laufen Sekundärelektronen 531a im SEM mit geringer Energie. Wenn die negative Spannung an die erste Elektrode 113 für ein elektrostatisches Feld angelegt wird, können die Sekundärelektronen 531a mit geringer Energie hier die elektrostatischen Potentiale, die durch die negative Spannung gebildet werden, nicht überwinden und kehren zurück. Hier wird ein Teil 531b, dessen Energie relativ niedrig ist in den rückgestreuten Elektronen, im Verzögerungsraum in einem Ausmaß der Energie verlangsamt, mit der der Teil 531b durch das Ablenkfeld gesammelt werden kann, und wird durch den Sekundärelektronendetektor 110 detektiert. Ferner tritt ein Teil 531c, dessen Energie relativ hoch ist in den rückgestreuten Elektronen, durch das Ablenkfeld hindurch, selbst wenn er durch den Verzögerungsraum verlangsamt wird, und wird durch den Detektor 118 für rückgestreute Elektronen detektiert. Hier variiert ein Detektor, der ein rückgestreutes Elektron mit einer bestimmten Energie detektiert, in Abhängigkeit von Spannungen, die an die erste Elektrode 113 für ein elektrostatisches Feld, die zweite Elektrode 115 für ein elektrostatisches Feld und die zweite Gitterelektrode 116 angelegt werden. Durch Steuern dieser Spannungen kann daher das Energieband der rückgestreuten Elektronen, die durch den Sekundärelektronendetektor 110 und den Detektor 118 für rückgestreute Elektronen detektiert werden, gesteuert werden.
Selbst im SEM ohne optisches Verzögerungssystem ist es folglich möglich, die Sekundärelektronen und rückgestreuten Elektronen zu unterscheiden und zu detektieren und die Energie von rückgestreuten Elektronen zu unterscheiden und zu detektieren.
Sechste Ausführungsform
14 ist eine schematische Ansicht eines FIB-SEM. Das FIB-SEM umfasst einen SEM-Körper 601 und einen FIB-Körper 602, die in 1, 6, 8, 12 und 13 gezeigt sind, in einer Probenkammer 600, in der zwei Körper angeordnet werden können. Selbst in einer solchen Konfiguration, in der zwei Körper angeordnet sind, können Sekundärelektronen ohne Einfluss auf den Primärelektronenstrahl und einen Primärionenstrahl auf der Basis des vorstehend beschriebenen Prinzips effizient detektiert werden. Hier besteht keine Begrenzung für die Anordnungsrichtung der zwei Körper. In 14 ist der SEM-Körper 601 senkrecht zur Probenkammer angeordnet und der FIB-Körper 602 kann auch senkrecht zur Probenkammer angeordnet sein. Ferner können optische Achsen der zwei Körper so angeordnet sein, dass sie zueinander senkrecht sind. Wenn die optischen Achsen der zwei Körper in einer geneigten Weise angeordnet sind, kann der Probenhalter, auf dem eine Probe 603 angeordnet ist, einen Mechanismus umfassen, der sich dreht, so dass die Probe 603 in Bezug auf den SEM-Körper 601 und den FIB-Körper 602 vertikal angeordnet werden kann.
Siebte Ausführungsform
15 stellt ein Beispiel eines GUI-Bildschirms (Anzeigeeinheit) dar. Diese Ausführungsform umfasst ein SEM 700, das in 1, 6, 8, 12 und 13 gezeigt ist, einen PC 701, der das SEM 700 steuert, und einen Monitor 702, der einen Bedienungsbildschirm anzeigt. Ein Abtastbild 703, das von einem Sekundärelektronendetektor erhalten wird, und ein Abtastbild 704, das von einem Detektor für rückgestreute Elektronen erhalten wird, werden auf dem Monitor 702 angezeigt. Da, wie vorstehend beschrieben, Sekundärelektronen und rückgestreute Elektronen verschiedene Informationen der Probe im Bild widerspiegeln, weisen die zwei Bilder verschiedene Kontraste auf.
Im Allgemeinen weist das SEM eine Funktion zum Einstellen der Helligkeit und des Kontrasts von Abtastbildern auf. Da in dieser Ausführungsform zwei Bilder gleichzeitig erhalten werden können, ist es erwünscht, dass die Helligkeit und der Kontrast dieser zwei Bilder unabhängig und gleichzeitig geändert werden können. Folglich umfasst der Monitor 702 einen Bedienungsbildschirm (erste Eingabeeinheit) 705, der die Helligkeits- und/oder Kontrastabstufung von jedem der zwei Bilder einstellt. Ferner umfasst der Monitor 702 einen Bedienungsbildschirm (zweite Eingabeeinheit) 706, der einen Energieschwellenwert von Signalen bedient, die durch die zwei Detektoren erhalten werden. Da der Energieschwellenwert auf dem Bedienungsbildschirm ausgewählt wird, wird das Potential des Verzögerungsraums gesteuert, um das Verhältnis der Signalelektronen, die in den Sekundärelektronendetektor gezogen werden, und der Signalelektronen, die durch den Detektor für rückgestreute Elektronen hindurchtreten, zu ändern. Da eine Bildlaufleiste auf diese Bedienungen angewendet wird, ist es möglich, leicht und schnell die Bedienung durchzuführen.
Diese Funktion ermöglicht, dass ein Benutzer die gewünschten Probeninformationen direkter auswählt. Dies liegt daran, dass das Potential des Verzögerungsraums für einen Benutzer nicht wichtig ist, der sich über die gewünschten Probeninformationen im Klaren ist, und stattdessen das Energieband der erhaltenen Signalelektronen wichtig ist. Daher ist es anstelle des Bedienens des Potentials des Verzögerungsraums oder der Spannung, die an die Elektrode angelegt wird, die den Verzögerungsraum bildet, möglich, das Bild des Benutzers durch Bedienen des Energiebandes der Signalelektronen, die als tatsächlich detektiert erwartet werden, wie in der vorliegenden Ausführungsform, angenehmer zu verstehen zu machen.
Gemäß den obigen Ausführungsformen ist es möglich, sowohl die Aberrationsverringerung des Primärelektronenstrahls als auch die Detektion mit hoher Effizienz der Sekundärelektronen zu erreichen.
Bezugszeichenliste

101: Elektronenquelle
102: Extraktionselektrode
103: Probe
104: Objektivlinse
105: Verstärkungselektrode
106: Probenhalter
110: Sekundärelektronendetektor
111: Erste Gitterelektrode
112: Durchgangselektrode
113: Erste Elektrode für ein elektrostatisches Feld
114: Apertur
115: Zweite Elektrode für ein elektrostatisches Feld
116: Zweite Gitterelektrode
117: Bahnsteuerelektrode
118: Detektor für rückgestreute Elektronen
130: Primärelektronenstrahl
131a: Sekundärelektronen
131b: Rückgestreute Elektronen
140: Extraktionsleistungsversorgung
141: Beschleunigungsleistungsversorgung
142: Verstärkungsleistungsversorgung
143: Verzögerungsleistungsversorgung
144: Detektorleistungsversorgung
145: Erste Verzögerungsleistungsversorgung
146: Zweite Verzögerungsleistungsversorgung
147: Bahnsteuerleistungsversorgung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 9946798 [0003]

Claims

Ladungspartikelstrahlvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Ladungspartikelstrahlquelle, die einen Primärladungspartikelstrahl emittiert; eine Objektivlinse, die den Primärladungspartikelstrahl auf eine Probe fokussiert; eine Durchgangselektrode, die aus einem Metallmaterial ausgebildet ist und zwischen der Ladungspartikelstrahlquelle und einem Spitzenende der Objektivlinse angeordnet ist; einen ersten Detektor, der ein Sekundärladungspartikel detektiert, das von der Probe emittiert wird; und eine Elektrode für ein elektrostatisches Feld, die von der Durchgangselektrode elektrisch isoliert ist, wobei die Durchgangselektrode derart ausgebildet ist, dass der Primärladungspartikelstrahl durch ein Inneres der Durchgangselektrode hindurchtritt, und die Elektrode für ein elektrostatisches Feld so ausgebildet ist, dass sie einen äußeren Umfang der Durchgangselektrode bedeckt.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektrode für ein elektrostatisches Feld eine Apertur an einer Seitenwand umfasst, und eine empfindliche Oberfläche des ersten Detektors der Apertur zugewandt ist.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektrode für ein elektrostatisches Feld auf einer Seite der Objektivlinse bzw. einer Seite der Ladungspartikelquelle angeordnet ist, die Elektrode für ein elektrostatisches Feld eine Apertur zwischen der Elektrode für ein elektrostatisches Feld auf der Seite der Objektivlinse und der Elektrode für ein elektrostatisches Feld auf der Seite der Ladungspartikelquelle umfasst, und eine empfindliche Oberfläche des ersten Detektors der Apertur zugewandt ist.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, wobei die Elektrode für ein elektrostatisches Feld eine erste Elektrode für ein elektrostatisches Feld auf einer Seite mit der Apertur und eine zweite Elektrode für ein elektrostatisches Feld, die zwischen der ersten Elektrode für ein elektrostatisches Feld und der Durchgangselektrode angeordnet ist, umfasst, die Durchgangselektrode und die zweite Elektrode für ein elektrostatisches Feld elektrisch isoliert sind, und die erste Elektrode für ein elektrostatisches Feld so ausgebildet ist, dass sie einen äußeren Umfang der zweiten Elektrode für ein elektrostatisches Feld bedeckt.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner umfasst: eine erste Gitterelektrode, die zwischen der Objektivlinse und dem Detektor angeordnet ist und dasselbe Potential wie die Durchgangselektrode aufweist.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach Anspruch 4, die ferner umfasst: ein Material mit hohem Widerstand in Kontakt mit der Durchgangselektrode und der zweiten Elektrode für ein elektrostatisches Feld.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Material mit hohem Widerstand einen Widerstandswert von 10¹³ Ω oder weniger aufweist.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach Anspruch 7, die ferner umfasst: eine zweite Gitterelektrode in Kontakt mit der zweiten Elektrode für ein elektrostatisches Feld.
Ladungspartikelstrahleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die Elektrode für ein elektrostatisches Feld mehrere der Aperturen umfasst und Detektoren entsprechend jeder der Aperturen vorgesehen sind.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach Anspruch 3, die ferner umfasst: mehrere Detektoren.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, die ferner umfasst: ein System, das Signale addiert und/oder subtrahiert, die durch die mehreren Detektoren erhalten werden.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die empfindliche Fläche ein Szintillator ist, der das Sekundärladungspartikel in Licht umwandelt, der erste Detektor einen Photodetektor umfasst, der umgewandeltes Licht detektiert, die Ladungspartikelstrahlvorrichtung eine Hochspannungsleistungsversorgung umfasst, die eine positive Spannung an den Szintillator anlegt, und ein Teil des Sekundärladungspartikels, der durch die Elektrode für ein elektrostatisches Feld über die positive Spannung des Szintillators verlangsamt wird, zum ersten Detektor abgelenkt wird.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner umfasst: eine Ablenkeinrichtung, die das Sekundärladungspartikel zum ersten Detektor ablenkt.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner umfasst: eine zweite Ablenkeinrichtung, die das Sekundärladungspartikel zwischen der Durchgangselektrode und der Objektivlinse ablenkt.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner umfasst: einen zweiten Detektor zwischen dem ersten Detektor und der Ladungspartikelstrahlquelle, um einen Teil des Sekundärladungspartikels zu detektieren, der durch den ersten Detektor nicht detektiert wird.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach Anspruch 15, die ferner umfasst: eine Umwandlungselektrode, die mit dem Teil des Sekundärladungspartikels kollidiert, der nicht durch den ersten Detektor detektiert wird, wobei der zweite Detektor ein Ladungspartikel detektiert, das an der Umwandlungselektrode durch eine Kollision des Sekundärladungspartikels erzeugt wird.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach Anspruch 15, die ferner umfasst: eine Bahnsteuerelektrode zwischen dem zweiten Detektor und dem ersten Detektor.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner umfasst: eine Anzeigeeinheit, die ein Ladungspartikelbild anzeigt, wobei die Anzeigeeinheit eine erste Eingabeeinheit, die eine Abstufung der Helligkeit und/oder des Kontrasts des Ladungspartikelbildes festlegt, und/oder eine zweite Eingabeeinheit, die ein Energieband des durch den Detektor detektierten Sekundärladungspartikels festlegt, umfasst.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung, die umfasst: eine Ladungspartikelstrahlquelle, die einen Primärladungspartikelstrahl emittiert; eine Objektivlinse, die den Primärladungspartikelstrahl auf eine Probe fokussiert, eine Durchgangselektrode, die aus einem Metallmaterial ausgebildet ist und zwischen der Ladungspartikelstrahlquelle und einem Spitzenende der Objektivlinse angeordnet ist; einen ersten Detektor, der ein Sekundärladungspartikel detektiert, das von der Probe emittiert wird; und eine Elektrode für ein elektrostatisches Feld, die von der Durchgangselektrode elektrisch isoliert ist, wobei der Primärladungspartikelstrahl durch ein Inneres der Durchgangselektrode hindurchtritt, ein Verzögerungsraum zwischen der Durchgangselektrode und dem Detektor gebildet ist, der das von der Probe emittierte Sekundärladungspartikel auf einen Potentialumfang der Probe verlangsamt, ein Ablenkfeld im Verzögerungsraum gebildet wird, und ein Teil des Sekundärladungspartikels, der im Verzögerungsraum verlangsamt wird, durch das Ablenkfeld zum Detektor abgelenkt wird.
Ladungspartikelstrahlvorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Potential des Verzögerungsraums einstellbar ist, so dass die Energie des Sekundärladungspartikels, das durch den ersten Detektor detektiert wird, 50 eV oder geringer im Verzögerungsraum ist.