DE112017007498B4

DE112017007498B4 - Ladungsträgerstrahlvorrichtung

Info

Publication number: DE112017007498B4
Application number: DE112017007498.3T
Authority: DE
Inventors: Tsunenori Nomaguchi; Shunichi Motomura; Kenichi Nishinaka; Toshihide Agemura
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2017-06-02
Filing date: 2017-06-02
Publication date: 2020-11-19
Anticipated expiration: 2037-06-03
Also published as: CN110709960B; DE112017007498T5; US11107656B2; CN110709960A; JP6705946B2; WO2018220809A1; US20200211815A1; JPWO2018220809A1

Abstract

Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die umfasst:eine Ladungsträgerstrahlquelle (101), die konfiguriert ist, einen Ladungsträgerstrahl (105) zu erzeugen;eine Objektivlinse, die konfiguriert ist, den Ladungsträgerstrahl auf einer Probe zu fokussieren; undein erstes Ladungsträgerdetektionselement (108), das zwischen der Ladungsträgerstrahlquelle (101) und der Objektivlinse (105) angeordnet ist und konfiguriert ist, die durch eine Wechselwirkung zwischen dem Ladungsträgerstrahl und der Probe erzeugten Ladungsträger zu detektieren, wobeieine Detektionsfläche des ersten Ladungsträgerdetektionselements auf einer Mittelachse der Objektivlinse (105) angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ladungsträgerstrah lvorrichtung.
Technischer Hintergrund
Ein Elektronenmikroskop, das auf Nanoebene beobachten kann, wird auf verschiedenen Gebieten, z. B. dem Gebiet der Halbleiter, dem Gebiet der Materialien und dem Gebiet der Biologie, verwendet. Ein Rasterelektronenmikroskop (REM), ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM), ein Transmissionsrasterelektronenmikroskop (TREM) oder dergleichen erfasst Strukturinformationen und Zusammensetzungsinformationen einer Probe durch das Bestrahlen einer Beobachtungsprobe mit den von einer Elektronenquelle emittierten Elektronen und das Detektieren der Sekundärelektronen und der rückgestreuten Elektronen, die von der Probe emittiert werden, oder der durch die Probe durchgelassenen Elektronen. Deshalb hängen die erfassten Probeinformationen im hohen Maße von einer Konfiguration eines Detektors ab. Dieser Punkt ist nicht auf das Elektronenmikroskop eingeschränkt, sondern ist in anderen Mikroskopen, wie z. B. einem lonenmikroskop, der gleiche.
Hinsichtlich der Detektion der in der Nähe einer optischen Achse verlaufenden Signalelektronen gibt es ein bekanntes Signaldetektionssystem unter Verwendung eines ringförmigen Detektors in einem Signaldetektionsverfahren in einem optischen Verstärkersystem (PTL 1). Ein Verfahren zum Ablenken von Signalelektronen ist außerdem bekannt (PTL2).
In der PTL 1 und der PTL 2 ist beschrieben, dass sich ein erheblicher Anteil der von der Probe ausgelösten Teilchen auf der Achse der Objektivlinse von der Probe fortbewegt. Dort sind Vorrichtungen beschrieben, die den Primärstrahl so umlenken, dass ein Zugriff auf diese Teilchen ermöglicht wird. In der PTL 3 ist beschrieben, dass die Propagation unerwünschter Teilchen gestoppt werden kann.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur

PTL 1: JP 2000 / 030 654 A
PTL 2: JP H07 -192 679 A
PTL 3: US 2005 / 0 035 292 A1
PTL 4: H. Munack etl al., Design and implementation of a detector for on-axis electrons for enabling enhanced imaging of topographical structures, Journal of Vacuum Science & Technology B: 17 (1999), S. 2827 - 2829
PTL 5: DE 2 454 139 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In einem optischen Verstärkersystem ist es in dem Verfahren nach PTL 1 für die Detektion von Signalelektronen mit hoher Energie, die in der Nähe einer optischen Achse verlaufen, z. B. die rückgestreuten Elektronen (BSE) oder die Sekundärelektronen (SE), schwierig, ein Signal in der Nähe der optischen Achse bei einer kreisförmigen Apertur auf einer Bestrahlungsachse (optischen Achse) des Ladungsträgerstrahls zu detektieren. Unterdessen wird in dem Verfahren nach PTL 2 in Betracht gezogen, dass aufgrund der Ablenkung, wenn die Energie der Signalelektronen gering ist, kein großes Problem auftritt, sondern, wenn die Energie der Signalelektronen hoch ist, um einen ausreichenden Ablenkungswinkel zu erhalten, auch ein Bestrahlungselektronenstrahl (Primärelektronenstrahl) beeinflusst wird. Wenn zusätzlich die Signalelektronen abgelenkt und detektiert werden, ist es schwierig, die bezüglich der optischen Achse axialsymmetrisch emittierten Signalelektronen einheitlich zu detektieren.
Lösung für das Problem
Eine Ladungsträgerstrahlvorrichtung enthält eine Ladungsträgerstrahlquelle, die konfiguriert ist, einen Ladungsträgerstrahl zu erzeugen; eine Objektivlinse, die konfiguriert ist, den Ladungsträgerstrahl auf einer Probe zu fokussieren; und ein erstes Ladungsträgerdetektionselement, das zwischen der Ladungsträgerstrahlquelle und der Objektivlinse angeordnet ist und konfiguriert ist, die durch eine Wechselwirkung zwischen dem Ladungsträgerstrahl und der Probe erzeugten Ladungsträger zu detektieren, wobei eine Detektionsfläche des ersten Ladungsträgerdetektionselements auf einer Mittelachse der Objektivlinse angeordnet ist.
Vorteilhafte Wirkung
Die Signalelektronen mit hoher Energie, die in der Nähe einer optischen Achse verlaufen, können detektiert werden. Ein durch die Sekundärladungsträger verursachter Interferenzstreifen kann detektiert werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2A ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines Ladungsträgerdetektionselements veranschaulicht.
2B ist eine Ansicht, die die Konfiguration des Ladungsträgerdetektionselements veranschaulicht.
2C ist eine Ansicht, die die Konfiguration des Ladungsträgerdetektionselements veranschaulicht.
3 ist ein Beispiel einer Ladungsträgerstrahl-Apertureinheit, die mehrere Aperturen aufweist.
4 ist eine weitere schematische Ansicht der Ladungsträgerstrahlvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
5 ist eine weitere schematische Ansicht der Ladungsträgerstrahlvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
6 ist eine schematische Ansicht einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
7 ist eine schematische Ansicht einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsformen
Die Ausführungsformen werden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es sollte erwähnt werden, dass das Konfigurationsbeispiel lediglich ein Beispiel zum Ausführen der Erfindung ist und dass der technische Schutzumfang der Erfindung nicht darauf eingeschränkt ist. Außerdem sind die gleichen Bezugszeichen gemeinsamen Konfigurationen in den Zeichnungen zugewiesen, wobei ihre Beschreibung weggelassen ist.
Erste Ausführungsform
Die Konfiguration einer ersten Ausführungsform ist in 1 veranschaulicht. Ein optisches Ladungsträgersystem einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung enthält eine Ladungsträgerstrahlquelle 101, die einen Ladungsträgerstrahl erzeugt, eine erste und eine zweite Kondensorlinse 103, 104, die den von der Ladungsträgerstrahlquelle 101 emittierten Ladungsträgerstrahl fokussieren, eine Ladungsträgerstrahlapertur 120, die einen Teil des von der Ladungsträgerstrahlquelle 101 emittierten Ladungsträgerstrahls abschirmt, eine Ladungsträgerstrahl-Apertureinheit 121, die die Ladungsträgerstrahlapertur 120 stützt, und eine Objektivlinse 105, die den Ladungsträgerstrahl auf einer Probe fokussiert. Eine Beobachtungsprobe 114, die mit dem Ladungsträgerstrahl von dem optischen Ladungsträgersystem zu bestrahlen ist, ist in einer Probenkammer 115 angeordnet. Wenn die Beobachtungsprobe 114 mit dem Ladungsträgerstrahl bestrahlt wird, werden durch eine Wechselwirkung zwischen dem Ladungsträgerstrahl und der Beobachtungsprobe Ladungsträger erzeugt.
Um die Ladungsträger (Sekundärladungsträger), die durch die Wechselwirkung mit der Beobachtungsprobe erzeugt werden, zu detektieren, sind in einem Konfigurationsbeispiel nach 1 ein Ladungsträgerdetektionselement 108, das eine Detektionsfläche aufweist, die in einer Mitte der Ladungsträgerstrahlapertur 120 angeordnet ist, und ein Probenkammerdetektor 118, der in der Probenkammer angeordnet ist, bereitgestellt. Die mehreren Detektoren sind bereitgestellt, wie oben beschrieben worden ist, um die Ladungsträger, die unterschiedliche Energie und unterschiedliche Emissionswinkel aufweisen, getrennt zu detektieren. Ein Fall, in dem ein Elektronenstrahl als der Ladungsträgerstrahl verwendet wird, wird als ein Beispiel beschrieben. Die Elektronen in der Probe werden durch die einfallenden Elektronen angeregt, wobei die in das Vakuum emittierten Elektronen (im engeren Sinn) Sekundärelektronen sind, wobei ihre Energie im Allgemeinen als 50 eV oder kleiner definiert ist. Unterdessen sind die von der Probenoberfläche emittierten Elektronen, nachdem die einfallenden Elektronen in der Probe gestreut worden sind, die rückgestreuten Elektronen, wobei die rückgestreuten Elektronen eine hohe Energie aufweisen, wobei ihre Energie im Allgemeinen 50 eV oder größer ist. Die Sekundärelektronen mit geringer Energie werden durch den Probenkammerdetektor 118 detektiert, der außerhalb einer Ladungsträgerstrahlsäule angeordnet ist, in der das optische Ladungsträgersystem angeordnet ist, während die rückgestreuten Elektronen mit hoher Energie durch das Ladungsträgerdetektionselement 108 detektiert werden, das in der Ladungsträgerstrahlsäule angeordnet ist.
Die Controller zum Steuern jeder Konfiguration des optischen Ladungsträgersystems, der Probenkammer und des Detektors werden bereitgestellt. Das heißt, es sind ein Ladungsträgerstrahlquellen-Controller 151, der die Ladungsträgerstrahlquelle 101 steuert, ein erster Kondensorlinsen-Controller 153, der die erste Kondensorlinse 103 steuert, ein zweiter Kondensorlinsen-Controller 154, der die zweite Kondensorlinse 104 steuert, ein Ladungsträgerstrahl-Apertureinheits-Controller 181, der die Ladungsträgerstrahl-Apertureinheit 121 steuert, ein Objektivlinsen-Controller 155, der die Objektivlinse steuert, ein Ladungsträgerdetektionselement-Controller 158, der das Ladungsträgerdetektionselement 108 steuert, und ein Probenkammerdetektor-Controller 168, der den Probenkammerdetektor 118 steuert, bereitgestellt. Diese Controller sind durch einen integrierten Computer 170 gesteuert, der die Gesamtoperationen der Ladungsträgerstrahlvorrichtung steuert und ein Ladungsträgerstrahlenbild aus einem durch die Detektoren detektierten Ladungsträgersignal erzeugt. Zusätzlich zu den Controllern ist der integrierte Computer 170 mit einem Controller (einer Tastatur, einer Maus und dergleichen) 171, durch den eine Bedienungsperson verschiedene Anweisungen, wie z. B. die Bestrahlungsbedingungen, die Elektrodenspannungsbedingungen und die Positionsbedingungen, eingibt, und einer Anzeige 172, die das erfasste Ladungsträgerstrahlenbild und einen Steuerschirm der Ladungsträgerstrahlvorrichtung der Bedienungsperson anzeigt, verbunden.
1 veranschaulicht nur die Hauptteile der Ladungsträgerstrahlvorrichtung, wobei ein Ablenkungssystem zum Verschieben und Abtasten der Beobachtungsprobe 114 mit dem von der Ladungsträgerstrahlquelle 101 emittierten Ladungsträgerstrahl und ein Tischmechanismus, der die Beobachtungsprobe 114 anordnet, z. B. gemäß den Funktionen der Vorrichtung bereitgestellt sind. Ferner gibt es in dem in 1 gezeigten Beispiel zwei Kondensorlinsen zum Steuern der auf die Objektivlinse einfallenden Ladungsträger, wobei aber die Anzahl der Kondensorlinsen nicht darauf eingeschränkt ist. Die Objektivlinse kann eine Linse eines Typs sein, der kein Magnetfeld zu einer Außenseite eines Magnetweges austreten lässt, oder kann eine Linse eines Typs sein, der ein Magnetfeld zu einer Außenseite eines Magnetwegs austreten lässt, oder kann eine zusammengesetzte Objektivlinse sein, die sowohl den Typ, der das Magnetfeld austreten lässt, als auch den Typ, der das Magnetfeld nicht austreten lässt, enthält. Weil der Typ der Linse nicht für den Zweck des Fokussierens des Ladungsträgerstrahls auf der Probe eingeschränkt ist, sind die Kondensorlinse und die Objektivlinse nicht auf eine Magnetfeldlinse eingeschränkt, wobei sie elektrostatische Linsen sein können. Weil die Objektivlinse 105, die nah bei der Beobachtungsprobe 114 angeordnet ist, insbesondere eine Wirkung des Beschleunigens oder Verzögerns der von der Beobachtungsprobe 114 emittierten Ladungsträger ausüben kann, ist es jedoch notwendig, eine Beobachtungsbedingung in Anbetracht der Wirkung festzulegen. Ferner ist die in der Ladungsträgerstrahlvorrichtung bereitgestellte Ladungsträgerstrahlsäule nicht auf eine eingeschränkt, wobei sie eine zusammengesetzte Ladungsträgerstrahlvorrichtung sein kann, die mehrere Ladungsträgerstrahlsäulen enthält.
Die Konfiguration des Ladungsträgerdetektionselements 108 wird bezüglich der 2A bis 2C beschrieben. Das Ladungsträgerdetektionselement 108 ist an einer Mittelposition eines Öffnungsabschnitts der Ladungsträgerstrahlapertur 120 durch drei Detektionselement-Stützabschnitte 110 angeordnet. Die Ladungsträgerstrahlapertur 120 kann eine kreisförmige Apertur 120a (die 2A und 2C) oder eine ringförmige Apertur 120b (2B) sein. Die ringförmige Apertur 120b ist eine mit einem Abschirmabschnitt bereitgestellte Apertur, der den Ladungsträgerstrahl außerdem an der Mittelposition des Öffnungsabschnitts der kreisförmigen Apertur abschirmt. Weil eine Form und eine Größe des Abschirmabschnitts an der Mittelposition der ringförmigen Apertur 120b im Wesentlichen die gleichen wie jene des Ladungsträgerdetektionselements 108 sind, ist eine Draufsicht des Falls, in dem das Ladungsträgerdetektionselement 108 in der ringförmigen Apertur 120b bereitgestellt ist, im Wesentlichen die gleiche wie die Draufsicht nach 2A. Obwohl die Größen des Ladungsträgerdetektionselements 108 und der Ladungsträgerstrahlapertur 120 nicht besonders eingeschränkt sind, beträgt ein Durchmesser des Ladungsträgerdetektionselements etwa 60 µm, wobei ein Innendurchmesser des Öffnungsabschnitts der Ladungsträgerstrahlapertur etwa 80 bis 100 µm beträgt.
Ferner kann das Ladungsträgerdetektionselement 108 durch ein Lichtdetektionselement 107 konfiguriert sein, auf das ein Szintillator 109 gestapelt ist (2C). In diesem Fall werden die Elektronen, anstatt dass sie direkt detektiert werden, durch den Szintillator 109 in Licht (Szintillatorlicht) umgesetzt, wobei dann das umgesetzte Licht (Szintillatorlicht) durch das Lichtdetektionselement 107 detektiert wird. Weil das Ladungsträgerdetektionselement 108 (oder das Lichtdetektionselement 107) klein sein muss, wird ein Festkörperdetektor, wie z. B. ein Halbleiterelement (eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD), eine Photodiode und eine Photodiodenanordnung) oder ein Silicium-Photomultiplier (SiPM), verwendet. In einem Gebiet eines CMOS-Bildsensors ist z. B. eine Sensorstruktur mit einer Bildpunktgröße von 2 µm oder kleiner berichtet worden, wobei diese Techniken verwendet werden können.
Ferner kann das Ladungsträgerdetektionselement 108 durch mehrere Ladungsträgerdetektionselemente konfiguriert sein, die ein erstes Ladungsträgerdetektionselement, das an der Mittelposition des Öffnungsabschnitts der Ladungsträgerstrahlapertur 120 angeordnet ist, und ein zweites Ladungsträgerdetektionselement, das um den Öffnungsabschnitt der Ladungsträgerstrahlapertur 120 angeordnet ist, enthalten. Unter Verwendung der mehreren Ladungsträgerdetektionselemente kann ein Detektionsbereich, der die Ladungsträger von der Probe detektiert, vergrößert werden. In diesem Fall ist es bevorzugt so konfiguriert, dass die Signalausgabe des ersten Ladungsträgerdetektionselements von der Signalausgabe des zweiten Ladungsträgerdetektionselements getrennt ist, so dass nur die Signalausgabe des ersten Ladungsträgerdetektionselements ausgegeben werden kann. Weil die Signalausgabe des zweiten Ladungsträgerdetektionselements einen Ladungsträger etwas entfernt von der optischen Achse detektiert, kann es erwünscht sein, nur bei der Signalausgabe des ersten Ladungsträgerdetektionselements wie in einem Fall des Detektierens der Interferenz zwischen den Ladungsträgern, der später beschrieben wird, zu beobachten.
Zusätzlich ist eine Detektionselement-Signalleitung 111 zum Extrahieren eines Detektionssignals von dem Ladungsträgerdetektionselement 108 (oder dem Lichtdetektionselement 107) nach außen in einem der Detektionselement-Stützabschnitte 110 angeordnet. Für den Zweck des Extrahierens des Signals kann die Detektionselement-Signalleitung 111 getrennt von dem Detektionselement-Stützabschnitt 110 angeordnet sein, wobei es aber erwünscht ist, die Detektionselement-Signalleitung 111 in dem Detektionselement-Stützabschnitt 110 anzuordnen, um den Einfluss des Ladungsträgerstrahls von der Ladungsträgerstrahlquelle 101 zu minimieren. Ferner ist es in einem Fall, in dem eine Hochspannung an den Szintillator 109 angelegt ist, erwünscht, dass ein Spannungsversorgungsdraht zum Zuführen der Hochspannung außerdem in einem der Detektionselement-Stützabschnitte 110 angeordnet ist. In dem Beispiel nach 2A ist in Anbetracht der Ablenkung und der Drehung der Stützabschnitte 110 das Ladungsträgerdetektionselement 108 durch die drei Stützabschnitte gestützt, wobei aber die Anzahl der Stützabschnitte nicht auf drei eingeschränkt ist. Eine Ladungsträgerdetektoreinheit, die das Ladungsträgerdetektionselement 108 stützt, kann getrennt von der Ladungsträgerstrahl-Apertureinheit 121, die die Ladungsträgerstrahlapertur enthält, bereitgestellt sein, anstatt durch die Ladungsträgerstrahlapertur 120 gestützt zu sein. In diesem Fall kann das Ladungsträgerdetektionselement 108 dieser Ausführungsform außerdem auf das optische Ladungsträgersystem ohne die Ladungsträgerstrahlapertur 120 angewendet werden, oder es kann auf das optische Ladungsträgersystem angewendet werden (siehe 4), in dem das Ladungsträgerdetektionselement 108 entfernt von der Ladungsträgerstrahlapertur 120 angeordnet ist.
In dieser Weise nimmt durch das Anordnen des Ladungsträgerdetektionselements 108 auf der optischen Achse des Ladungsträgerstrahls ein S/N aufgrund einer Abnahme einer Lichtmenge des Ladungsträgerstrahls ab, wobei unterdessen die Auflösung durch das Fokussieren des Ladungsträgerstrahls verbessert ist, so dass die Beobachtungsbedingung in einem Ausgleich dazwischen erhalten werden kann. Die Vorteile des Anordnens der Detektionsfläche des Ladungsträgerdetektionselements 108 auf der optischen Achse des Ladungsträgerstrahls werden später beschrieben.
Wie in 3 veranschaulicht ist, kann die Ladungsträgerstrahl-Apertureinheit 121 eine oder mehrere kreisförmige Aperturen getrennt von der Apertur, in der das Ladungsträgerdetektionselement 108 gestützt ist, enthalten. Ein Beispiel nach 3 ist ein Beispiel, in dem mehrere kreisförmige Aperturen 120c bis 120e, die unterschiedliche Öffnungsdurchmesser aufweisen, bereitgestellt sind. Entsprechend kann ein Einfügungszustand und ein Zurückziehzustand des Ladungsträgerdetektionselements ausgewählt werden, wobei eine allgemeine Bestrahlungsbedingung und die Bestrahlungsbedingung der vorliegenden Ausführungsform ausgewählt werden können, so dass eine Breite der Beobachtung erweitert werden kann. Wenn die Ladungsträgerdetektoreinheit, die das Ladungsträgerdetektionselement stützt, bereitgestellt ist, kann die gleiche Wirkung durch das Bereitstellen eines Antriebsmechanismus für die Ladungsträgerdetektoreinheit implementiert werden, so dass der Einfügungszustand und der Zurückziehzustand des Ladungsträgerdetektionselements ausgewählt werden können.
4 veranschaulicht ein Beispiel, in dem die Ladungsträgerstrahlapertur 120 und der Ladungsträgerdetektor 108 getrennt voneinander angeordnet sind. Das Ladungsträgerdetektionselement 108 ist auf der optischen Achse des Ladungsträgerstrahls oder auf einer Mittelachse der Objektivlinse 105 und an einer Position entfernt von der Ladungsträgerstrahlapertur 120 angeordnet, so dass das Ladungsträgerdetektionselement 108 unter der Ladungsträgerstrahlsäule (einer Seite nah bei der Objektivlinse 105) angeordnet sein kann und die Breite der Beobachtung erweitert ist. Bei dieser Anordnung können die Bestrahlungsbedingungen, wie z. B. eine Strommenge und ein Öffnungswinkel des auf die Probe emittierten Ladungsträgerstrahls, und eine Detektion der durch die Wechselwirkung zwischen dem Ladungsträgerstrahl und der Beobachtungsprobe verursachten Ladungsträger voneinander getrennt und optimiert werden.
5 veranschaulicht eine weitere Modifikation. In dem in 5 gezeigten Beispiel ist der Szintillator 109 auf der optischen Achse (der Mittelachse der Objektivlinse 105) des Ladungsträgerstrahls angeordnet, wobei ein Spiegel 106 und ein Lichtdetektionselement 107 über dem Szintillator 109 angeordnet sind. Der Szintillator 109 weist eine Struktur auf, die von dem Ladungsträgerstrahl von der Ladungsträgerstrahlquelle 101 abgeschirmt ist. Ein Lichtdetektionselement-Controller 157, der das Lichtdetektionselement 107 steuert, ist außerdem bereitgestellt und durch den integrierten Computer 170 gesteuert. Der Spiegel 106 weist eine Öffnung auf, durch die die optische Achse des Ladungsträgerstrahls geht, und ist konfiguriert, das von dem Szintillator verlaufende Licht (Szintillatorlicht) zu detektieren. Der Spiegel kann über der optischen Achse gestützt sein oder es kann ein Spiegel mit einer Ringform verwendet werden. Wenn der Szintillator 109 und der Spiegel 106 nah beieinander angeordnet sind, kann insbesondere der Detektionswirkungsgrad des Szintillatorlichts durch das Bereitstellen eines Spiegels über der optischen Achse des Ladungsträgerstrahls verbessert werden. Alternativ kann anstelle des Spiegels ein Prisma verwendet werden. Ferner kann der Spiegel oder das Prisma einen Mechanismus zum Ändern eines Winkels bezüglich einer Szintillatoroberfläche enthalten. Zusätzlich können eine Lichtführung, eine optische Linse, eine optische Faser oder dergleichen zwischen dem Szintillator 109 und dem Spiegel 106 (oder dem Prisma) oder zwischen dem Spiegel 106 (oder dem Prisma) und dem Lichtdetektionselement 107 angeordnet sein, so dass der Übertragungsverlust dazwischen verringert ist. Ferner kann nur die optische Faser verwendet werden, um das Szintillatorlicht zu dem Lichtdetektionselement zu führen.
Durch das Anordnen der Detektionsfläche des Ladungsträgerdetektionselements auf der optischen Achse des Ladungsträgerstrahls (der Mittelachse der Objektivlinse) können die sich auf der optischen Achse oder in der Nähe der optischen Achse bewegenden Sekundärladungsträger detektiert werden. Die durch die Wechselwirkung zwischen dem Ladungsträgerstrahl und der Probe erzeugten Ladungsträger werden im Allgemeinen als „Sekundärladungsträger“ bezeichnet. Die Sekundärelektronen (im engeren Sinn) und die rückgestreuten Elektronen sind die Sekundärladungsträger. Wenn hier ein Beispiel, in dem die rückgestreuten Elektronen als die Sekundärladungsträger detektiert werden, genommen wird, variiert eine erzeugte Menge der rückgestreuten Elektronen in Abhängigkeit von den Elementen, die die Probe bilden, so dass die Bilder der rückgestreuten Elektronen zum Bestätigen der Zusammensetzungsverteilung in der Probe verwendet werden. Wenn der Ladungsträgerdetektor in einem vorgegebenen Winkel bezüglich der optischen Achse des Ladungsträgerstrahls wie im Stand der Technik angeordnet ist, enthält das Detektionssignal der rückgestreuten Elektronen nicht nur die Zusammensetzungsinformationen, sondern außerdem die Informationen einschließlich der Unebenheitsinformationen über die Probenoberfläche. Durch das Detektieren der rückgestreuten Elektronen durch das Ladungsträgerdetektionselement, das auf der optischen Achse des Ladungsträgerstrahls angeordnet ist, können im Gegensatz die Unebenheitsinformationen über die Probenoberfläche eliminiert werden und können die Zusammensetzungsinformationen selektiver erfasst werden.
In einem Verfahren des Ablenkens der Sekundärladungsträger, um die Sekundärladungsträger in der Nähe der optischen Achse zu detektieren, des Standes der Technik (siehe PTL 2) ist es schwierig, die zu dem axialen Objekt emittierten Sekundärladungsträger bezüglich der optischen Achse durch die Ablenkung einheitlich zu detektieren, aber durch das Anordnen der Detektionsfläche auf der optischen Achse können die in dem gleichen Winkel bezüglich der optischen Achse emittierten Elektronen einheitlich detektiert werden. Weil die Sekundärladungsträger nicht abgelenkt werden, können die sich auf der optischen Achse oder in der Nähe der optischen Achse bewegenden Sekundärladungsträger sogar in einem Fall der Sekundärladungsträger mit hoher Energie ohne einen Einfluss auf den Ladungsträgerstrahl, wie z. B. eine Verzerrung, detektiert werden.
Ferner ist es möglich, die Interferenz zwischen den bezüglich der optischen Achse axialsymmetrisch emittierten Sekundärladungsträgern und den sich auf der optischen Achse bewegenden Sekundärladungsträgern zu detektieren. Im Ergebnis ist es möglich, die räumliche Auflösung zu verbessern. Die Interferenz zwischen den sich auf der optischen Achse bewegenden Sekundärladungsträgern und den bezüglich der optischen Achse axialsymmetrisch emittierten Sekundärladungsträgern kann z. B. von der Probenoberfläche detektiert werden. Wenn die sich auf der optischen Achse bewegenden Sekundärladungsträger unter dem Detektionselement abgeschirmt werden, kann die Interferenz zwischen den bezüglich der optischen Achse axialsymmetrisch emittierten Sekundärladungsträgern detektiert werden. Weil in diesem Fall ein Interferenzstreifen parallel zur optischen Achse gebildet wird, wird der Interferenzstreifen nicht leicht durch eine Energiestreuung der Sekundärladungsträger beeinflusst. Das heißt, eine Detektionsempfindlichkeit des Interferenzstreifens kann verbessert werden. Im Stand der Technik wird ein Interferenzbild zwischen den durchgelassenen Elektronen und den gestreuten Elektronen in einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) oder dergleichen beobachtet, wobei es aber in der vorliegenden Ausführungsform möglich ist, die durch die von der Probe emittierten oder reflektierten Sekundärladungsträger verursachte Interferenz zu detektieren, was ein Merkmal der vorliegenden Ausführungsform ist, dass keine andere Detektionsverfahren verwendet werden. Um die sich auf der optischen Achse bewegenden Sekundärladungsträger unter dem Detektionselement abzuschirmen, ist spezifisch ein weiteres Ladungsträgerdetektionselement mit der gleichen Form zwischen dem Ladungsträgerdetektionselement 108 und der Beobachtungsprobe angeordnet. In diesem Fall können die sich auf der optischen Achse bewegenden Sekundärladungsträger durch das andere Ladungsträgerdetektionselement detektiert werden, wobei die Interferenz zwischen den bezüglich der optischen Achse axialsymmetrisch emittierten Sekundärladungsträgern durch das Ladungsträgerdetektionselement 108 detektiert werden kann. Alternativ kann eine ringförmige Apertur zwischen dem Ladungsträgerdetektionselement und der Beobachtungsprobe angeordnet sein. Der in der Mittelposition des Öffnungsabschnitts der ringförmigen Apertur bereitgestellte Abschirmabschnitt ist auf der Mittelachse der Objektivlinse angeordnet.
Ferner kann die Vielseitigkeit verbessert werden, indem die Detektionsfläche des auf der optischen Achse des Ladungsträgerstrahls angeordneten Ladungsträgerdetektionselements einstellbar gemacht wird. Um die oben beschriebene technische Wirkung zu erhalten, ist es erwünscht, dass die Mitte des Ladungsträgerdetektors an die optische Achse des Ladungsträgerstrahls (oder die Mittelachse der Objektivlinse) angepasst ist. Deshalb ist es erwünscht, dass die Positionseinstellung in einer ebenen Fläche senkrecht zur optischen Achse ausgeführt werden kann. Wenn die Interferenz zwischen den sich auf der optischen Achse bewegenden Sekundärladungsträgern und den bezüglich der optischen Achse axialsymmetrisch emittierten Sekundärladungsträgern von der Probenoberfläche detektiert wird, ist ferner die Positionseinstellung in einer Richtung der optischen Achse außerdem wichtig. Deshalb ist es erwünscht, dass die Positionseinstellung außerdem in der Richtung der optischen Achse ausgeführt werden kann.
Zusätzlich basiert die oben beschriebene technische Wirkung auf einer Voraussetzung, dass eine ebene Oberfläche der Probe senkrecht zur optischen Achse ist. Die Wirkung, dass die Zusammensetzungsinformationen der Probe selektiver erfasst werden können, wird z. B. durch das Detektieren der rückgestreuten Elektronen, die senkrecht zu der ebenen Oberfläche der Probe emittiert werden, verwirklicht, so dass sie nicht durch die Unebenheit der Probenoberfläche beeinflusst sind. Ferner wird die Interferenz der Sekundärladungsträger bei der Detektion außerdem als die Interferenz mit den senkrecht zu der ebenen Oberfläche der Probe emittierten Sekundärladungsträgern angenommen. Wenn die ebene Oberfläche der Probe geneigt ist, würde es deshalb besser sein, dass ein zwischen der Detektionsfläche des Ladungsträgerdetektionselements und der Mittelachse der Objektivlinse (oder der optischen Achse des Ladungsträgerstrahls) gebildeter Winkel eingestellt werden kann, um die Detektionsfläche des Ladungsträgerdetektionselements auf eine Trajektorie der senkrecht zu der ebenen Oberfläche der geneigten Probe emittierten Ladungsträger einstellen zu können.
Deshalb ist ein elektrischer Antriebsmechanismus zum Einstellen der Detektionsfläche des Ladungsträgerelements bereitgestellt, so dass die Operationen auf dem auf der Anzeige 172 angezeigten Steuerschirm ausgeführt werden können. Ferner ist es zweckmäßig, falls ein Speicherbereich, der die Positionen der Detektionsfläche des eingestellten Ladungsträgerelements speichert, in dem integrierten Computer 170 bereitgestellt ist, wobei die Positionen durch die Betätigungen auf dem Steuerschirm abgerufen werden können. Der Mechanismus zum Antreiben der Detektionsfläche kann ein Motorantrieb oder ein Piezoantrieb sein. Ferner können in Abhängigkeit von einem Betrag der Einstellung die beiden Antriebe unterschiedlich verwendet werden. Eine Trajektorienänderung der Sekundärladungsträger kann nicht nur verursacht werden, wenn die Oberfläche der Probe geneigt ist, sondern außerdem durch das Ändern der Bestrahlungsbedingungen des Ladungsträgerstrahls, wie z. B. einer Beschleunigungsspannung und der Strommenge. Sogar einem derartigen Fall ist es möglich, die Einstellung für jede der Bestrahlungsbedingungen auszuführen, falls eine Funktion, die die Position und den Winkel der Detektionsfläche des Ladungsträgerelements bezüglich der optischen Achse des Ladungsträgerstrahls oder der Mittelachse der Objektivlinse einstellt, bereitgestellt ist.
Zweite Ausführungsform
6 veranschaulicht die Konfiguration einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung einer zweiten Ausführungsform. In der in 6 gezeigten Ladungsträgerstrahlvorrichtung ist eine Detektionsfläche des Ladungsträgerdetektionselements 108 auf einer Mittelachse eine Objektivlinse angeordnet, aber nicht auf einer optischen Achse eines Ladungsträgerstrahls angeordnet.
Deshalb enthält eine in 6 veranschaulichte Ladungsträgerstrahlsäule eine Ablenkelektrodengruppe 122, die den von der Ladungsträgerstrahlquelle 101 emittierten Ladungsträgerstrahl ablenkt, und einen Ablenkelektrodengruppen-Controller 182, der die Ablenkelektrodengruppe steuert. Der Ablenkelektrodengruppen-Controller 182 ist durch den integrierten Computer 170 gesteuert. In 6 enthält die Ablenkelektrodengruppe 122 vier Ablenkelektroden, wobei aber die Anzahl der Ablenkelektroden nicht eingeschränkt ist, solange wie der Ladungsträgerstrahl abgelenkt werden kann, um die Detektionsfläche des Ladungsträgerdetektionselements 108 zu umgehen. Es kann z. B. eine Konfiguration angewendet werden, in der die optische Achse, wenn von der Ladungsträgerstrahlquelle emittiert wird, und die optische Achse, wenn die Probe bestrahlt wird, unter Verwendung einer zweistufigen Ablenkelektrodengruppe parallel zueinander werden.
Im Ergebnis wird der Ladungsträgerstrahl, mit dem die Probe bestrahlt wird, nicht durch das Ladungsträgerdetektionselement 108 abgeschirmt. Deshalb kann ein Bestrahlungsstrom, der höher als in der Konfiguration der ersten Ausführungsform ist, verwirklicht werden. Die Konfiguration nach 6 ist ein Beispiel, in dem die Ablenkelektrodengruppe zum Umgehen der Detektionsfläche des Ladungsträgerdetektionselements 108 für die Konfiguration nach 1 bereitgestellt ist, wobei die gleiche Wirkung durch das Bereitstellen der in den 4 und 5 gezeigten Konfigurationen, die Modifikationen der ersten Ausführungsform mit der Ablenkelektrodengruppe zum Umgehen der Detektionsfläche des Ladungsträgerdetektionselements 108 oder des Szintillator 109 sind, erhalten werden kann.
Dritte Ausführungsform
7 veranschaulicht die Konfiguration einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung einer dritten Ausführungsform. Die in 7 gezeigte Ladungsträgerstrahlvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Ladungsträgerstrahlsäule eine Strahlröhre bereitgestellt ist. Das heißt, es sind eine Beschleunigungselektrode 102, die den von der Ladungsträgerstrahlquelle 101 emittierten Ladungsträgerstrahl beschleunigt, ein Beschleunigungselektroden-Controller 152, der die Beschleunigungselektrode steuert, eine Strahlröhre 112, die von der Beschleunigungselektrode bis zu einer Umgebung eines unteren Endes einer Objektivlinse angeordnet ist, eine Strahlröhren-Leistungsversorgung 113, die der Strahlröhre eine Spannung zuführt, und ein Strahlröhren-Controller 163, der die Strahlröhren-Leistungsversorgung steuert, bereitgestellt. Der Beschleunigungselektroden-Controller 152 und der Strahlröhren-Controller 163 sind durch den integrierten Computer 170 gesteuert.
Die von der Probe emittierten Sekundärladungsträger mit geringer Energie, wie z. B. die Sekundärelektronen, werden durch die Spannung der Strahlröhre beschleunigt und gehen gerade durch die Ladungsträgerstrahlsäule. Dies macht das Detektieren der Interferenz in den Sekundärladungsträgern mit geringer Energie möglich.
Ein Beschleunigungsmechanismus des Sekundärladungsträgers ist nicht auf die in 7 veranschaulichte Strahlröhre eingeschränkt, wobei die gleiche Wirkung außerdem in einer Ladungsträgerstrahlvorrichtung erhalten werden kann, in der ein optisches Verzögerungssystem, das eine negative Hochspannung an einen Tisch anlegt, auf dem eine Beobachtungsprobe 114 angeordnet ist, angewendet wird. Das optische Verzögerungssystem, das den Ladungsträgerstrahl (den Elektronenstrahl) verzögert, der von der Ladungsträgerstrahlquelle 101 zu der Beobachtungsprobe 114 gerichtet ist, weist eine Wirkung des Beschleunigens der von der Beobachtungsprobe 114 emittierten oder reflektierten Sekundärladungsträger (Sekundärelektronen) auf.
Ferner kann durch das Bereitstellen einer Ablenkelektrodengruppe zum Umgehen einer Detektionsfläche des Ladungsträgerdetektionselements 108 in Kombination mit der zweiten Ausführungsform ein höherer Bestrahlungsstrom verwirklicht werden.
Bezugszeichenliste

101:: Ladungsträgerstrahlquelle
102:: Beschleunigungselektrode
103:: erste Kondensorlinse
104:: zweite Kondensorlinse
105:: Objektivlinse
106:: Spiegel
107:: Lichtdetektionselement
108:: Ladungsträgerdetektionselement
109:: Szintillator
110:: Detektionselement-Stützabschnitt
111:: Detektionselement-Signalleitung
112:: Strahlröhre
113:: Strahlröhren-Leistungsversorgung
114:: Beobachtungsprobe
115:: Probenkammer
118:: Probenkammerdetektor
120:: Ladungsträgerstrahlapertur
121:: Ladungsträgerstrahl-Apertureinheit
122:: Ablenkelektrodengruppe
151:: Ladungsträgerstrahlquellen-Controller
152:: Beschleunigungselektroden-Controller
153:: erster Kondensorlinsen-Controller
154:: zweiter Kondensorlinsen-Controller
155:: Objektivlinsen-Controller
157:: Lichtdetektionselement-Controller
158:: Ladungsträgerdetektionselement-Controller
163:: Strahlröhren-Controller
168:: Probenkammerdetektor-Controller
170:: integrierter Computer
171:: Controller
172:: Anzeige
181:: Ladungsträgerstrahl-Apertureinheit-Controller
182:: Ablenkelektrodengruppen-Controller

Claims

Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die umfasst: eine Ladungsträgerstrahlquelle (101), die konfiguriert ist, einen Ladungsträgerstrahl (105) zu erzeugen; eine Objektivlinse, die konfiguriert ist, den Ladungsträgerstrahl auf einer Probe zu fokussieren; und ein erstes Ladungsträgerdetektionselement (108), das zwischen der Ladungsträgerstrahlquelle (101) und der Objektivlinse (105) angeordnet ist und konfiguriert ist, die durch eine Wechselwirkung zwischen dem Ladungsträgerstrahl und der Probe erzeugten Ladungsträger zu detektieren, wobei eine Detektionsfläche des ersten Ladungsträgerdetektionselements auf einer Mittelachse der Objektivlinse (105) angeordnet ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine erste Ladungsträgerstrahlapertur, die auf einer optischen Achse des Ladungsträgerstrahls angeordnet ist und einen Öffnungsabschnitt aufweist, wobei das erste Ladungsträgerdetektionselement an einer Mittelposition des Öffnungsabschnitts der ersten Ladungsträgerstrahlapertur angeordnet ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste Ladungsträgerstrahlapertur eine ringförmige Apertur ist, die einen Abschirmabschnitt, der den Ladungsträgerstrahl abschirmt, an der Mittelposition des Öffnungsabschnitts aufweist, und das erste Ladungsträgerdetektionselement an dem Abschirmabschnitt der ringförmigen Apertur angeordnet ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 2, die ferner umfasst: ein zweites Ladungsträgerdetektionselement, das um den Öffnungsabschnitt der ersten Ladungsträgerstrahlapertur angeordnet ist, wobei die Signalausgabe des ersten Ladungsträgerdetektionselements und die Signalausgabe des zweiten Ladungsträgerdetektionselements getrennt ausgegeben werden können.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 2, die ferner umfasst: eine zweite Ladungsträgerstrahlapertur, in der das Ladungsträgerdetektionselement nicht in dem Öffnungsabschnitt angeordnet ist; und eine Ladungsträgerstrahl-Apertureinheit, die die erste Ladungsträgerstrahlapertur und die zweite Ladungsträgerstrahlapertur selektiv stützt.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Ladungsträgerdetektionselement einen Szintillator (109), der konfiguriert ist, die durch die Wechselwirkung zwischen dem Ladungsträgerstrahl und der Probe erzeugten Ladungsträger in Szintillatorlicht umzusetzen; und ein Lichtdetektionselement (107), das konfiguriert ist, das Szintillatorlicht zu detektieren, enthält.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: einen Antriebsmechanismus, der konfiguriert ist, einen zwischen einer Position der Detektionsfläche des ersten Ladungsträgerdetektionselements oder der Detektionsfläche des ersten Ladungsträgerdetektionselements und der Mittelachse der Objektivlinse (105) gebildeten Winkel einzustellen.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine Ablenkelektrodengruppe (122), die konfiguriert ist, den Ladungsträgerstrahl abzulenken, wobei der durch die Ladungsträgerstrahlquelle (101) erzeugte Ladungsträgerstrahl die Detektionsfläche des ersten Ladungsträgerdetektionselements durch die Ablenkelektroden umgeht und auf die Objektivlinse (105) einfallend ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: einen Beschleunigungsmechanismus, der konfiguriert ist, die durch die Wechselwirkung zwischen dem Ladungsträgerstrahl und der Probe erzeugten Ladungsträger zu beschleunigen, wobei das erste Ladungsträgerdetektionselement konfiguriert ist, die durch den Beschleunigungsmechanismus beschleunigten Ladungsträger zu detektieren.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die umfasst: eine Ladungsträgerstrahlquelle (101), die konfiguriert ist, einen Ladungsträgerstrahl zu erzeugen; eine Objektivlinse (105), die konfiguriert ist, den Ladungsträgerstrahl auf einer Probe zu fokussieren; einen Szintillator (109), der auf einer Mittelachse der Objektivlinse und zwischen der Ladungsträgerstrahlquelle (101) und der Objektivlinse angeordnet ist; und ein Lichtdetektionselement (107), wobei der Szintillator (109) konfiguriert ist, die durch eine Wechselwirkung zwischen dem Ladungsträgerstrahl und der Probe erzeugten Ladungsträger in Szintillatorlicht umzusetzen, und das Lichtdetektionselement (107) konfiguriert ist, das Szintillatorlicht zu detektieren.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 10, die ferner umfasst: einen Spiegel (106) oder ein Prisma oder eine optische Faser, die konfiguriert sind, eine Bewegungsrichtung des Szintillatorlichts zu ändern, wobei das Lichtdetektionselement (107) außerhalb einer optischen Achse des Ladungsträgerstrahls angeordnet ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung, die umfasst: eine Ladungsträgerstrahlquelle (101), die konfiguriert ist, einen Ladungsträgerstrahl zu erzeugen; eine Objektivlinse, die konfiguriert ist, den Ladungsträgerstrahl auf einer Probe zu fokussieren; ein erstes Ladungsträgerdetektionselement, das zwischen der Ladungsträgerstrahlquelle (101) und der Objektivlinse angeordnet ist und konfiguriert ist, die durch eine Wechselwirkung zwischen dem Ladungsträgerstrahl und der Probe erzeugten Ladungsträger zu detektieren; und einen Antriebsmechanismus, der konfiguriert ist, einen Winkel zwischen einer Position einer Detektionsfläche des ersten Ladungsträgerdetektionselements oder der Detektionsfläche des ersten Ladungsträgerdetektionselements und einer Mittelachse der Objektivlinse einzustellen, wobei die Detektionsfläche des ersten Ladungsträgerdetektionselements auf der Mittelachse der Objektivlinse (105) angeordnet ist und eine Interferenz zwischen den durch die Wechselwirkung zwischen dem Ladungsträgerstrahl und der Probe erzeugten Ladungsträgern detektiert.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Antriebsmechanismus einen elektrischen Antriebsmechanismus enthält.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 12, die ferner umfasst: ein zweites Ladungsträgerdetektionselement, wobei eine Detektionsfläche des zweiten Ladungsträgerdetektionselements auf der optischen Achse der Objektivlinse und zwischen dem ersten Ladungsträgerdetektionselement und der Probe angeordnet ist.
Ladungsträgerstrahlvorrichtung nach Anspruch 12, die ferner umfasst: eine ringförmige Apertur mit einem Abschirmabschnitt an einer Mittelposition eines Öffnungsabschnitts, wobei der Abschirmabschnitt der ringförmigen Apertur auf der optischen Achse der Objektivlinse zwischen dem ersten Ladungsträgerdetektionselement und der Probe angeordnet ist.