DE19605855A1 - Detektorobjektiv für Korpuskularstrahlgeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Detektorobjektiv für Korpus­ kularstrahlgeräte gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Detektorobjektive werden insbesondere bei der Entwicklung hochintegrierter mikro- und optoelektroni­ scher Bauelemente eingesetzt, die eine prozeßnahe In­ spektion und Vermessung der erzeugten Strukturen ermög­ lichen. Infolge der ständig weiter fortschreitenden Mi­ niaturisierung von integrierten Schaltungen werden de­ ren interne Strukturen immer kleiner. So wird sich bei­ spielsweise die Leiterbahnbreite der heute fortschritt­ lichsten Schaltungen von 0.35 µm in den nächsten Jahren auf 0.18 µm verringern.

Da die Schichtdicken der in Planartechnik aufgebauten Schaltungen nicht in gleicher Weise abnehmen können, wird das Höhe-Breite-Verhältnis der internen Strukturen um etwa eine Größenordnung steigen. Die "Oberfläche" der Schaltungen wird im zunehmendem Maße dreidimensio­ nal werden.

Zum Testen derartiger integrierter Schaltungen ist ins­ besondere ein primärer Korpuskularstrahl mit möglichst kleinem Strahldurchmesser und zum anderen eine effek­ tive Absaugung der ausgelösten Sekundärkorpuskel erfor­ derlich.

Ein in dieser Hinsicht besonders leistungsfähiges De­ tektorobjektiv wird in der EP-B-0 274 622 beschrieben. Hierbei wird ein den primären Korpuskularstrahl foku­ sierendes Magnetfeld von einem elektrischen Verzöge­ rungsfeld überlagert. Dieses kombinierte System hat deutlich geringere Linsenfehler als eine rein magneti­ sche Linse. Das magnetische Feld wird zwischen den Pol­ schuhen in der Linse gehalten und hat damit nur eine fokusierende Wirkung auf den primären Korpuskular­ strahl. Auf die Sekundärkorpuskel hat das Magnetfeld keine Wirkung, solange sie sich noch außerhalb der Ob­ jektivlinse in Probennähe befinden. Außerhalb der Ob­ jektivlinse ist das elektrische Feld schwach, reicht jedoch aus, um die Sekundärkorpuskel von der Proben­ oberfläche in Richtung Detektor zu beschleunigen.

Ein stärkeres elektrisches Feld zur Verbesserung der Absaugung der Sekundärelektronen würde bei isolierenden Probenoberflächen zu starken Aufladungen und insbeson­ dere bei gekippten Oberflächen zu starken Verzerrungen führen.

Gemäß der EP-B-0 333 018 kann das elektrische Feld durch eine zusätzliche Elektrode gesteuert werden. Da­ durch ist eine aufladungsneutrale Vermessung und Abbil­ dung isolierender Proben möglich, ohne der jeweiligen Meßstelle Ladungen zuzuführen oder abzuziehen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das De­ tektorobjektiv gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend weiterzuentwickeln, daß einerseits eine Verringerung des Durchmessers des primären Korpuskular­ strahles und andererseits eine Verbesserung der Absau­ gung der ausgelösten Sekundärkorpuskel ermöglicht wird. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das kennzeich­ nende Merkmal des Anspruches 1 gelöst, indem die Ma­ gnetlinse als Einzelpollinse ausgebildet ist.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Magnetlinse weist einen inneren Polschuh sowie einen verkürzten äußeren Polschuh auf. Dadurch breitet sich das Magnetfeld im wesentlichen au­ ßerhalb der Linse aus, so daß es deutlich näher an die Probe und sogar in der Probe angeordnet werden kann. Die dadurch bedingte Verringerung der Brennweite stei­ gert die Leistungsfähigkeit der Linse, indem sich ins­ besondere der Strahldurchmesser des primären Korpusku­ larstrahles verringert.

Die an der Probe ausgelösten Sekundärkorpuskel werden von der Probenoberfläche durch das dort vorhandene ma­ gnetische Feld in Spiralen entlang der Feldlinien zum Detektorobjektiv geführt. Je nach Abstand von Probe und Detektorobjektiv können die Feldlinien im Bereich der Probe unter Umständen fast senkrecht verlaufen, wodurch das Herausführen der Sekundärkorpuskel aus den zuneh­ mend dreidimensional werdenden Probenoberflächen ermög­ licht wird.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung wer­ den anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.

Das in der Zeichnung schematisch dargestellte Detektor­ objektiv bildet die Komponente eines Korpuskular­ strahlgerätes, insbesondere eines Elektronenstrahlgerä­ tes, mit der der von einer Quelle erzeugte primäre Kor­ puskularstrahl auf eine Probe 1 fokussiert wird.

Das Detektorobjektiv besteht im wesentlichen aus einer ein magnetisches Feld erzeugenden Magnetlinse 2 zur Fo­ kussierung eines primären Korpuskularstrahles 3 auf die Probe 1, sowie einem Detektor 4 zum Nachweis der vom primären Korpuskularstrahl auf der Probe 1 ausgelösten Sekundärkorpuskeln. Ferner ist eine elektrostatische Linse 5 zum Abbremsen der Korpuskeln des primären Korpuskularstrahles 3 und zum Beschleunigen der Sekundärelektronen vorgesehen. Sie besteht im darge­ stellten Ausführungsbeispiel aus einer kegelstumpfför­ migen ersten Elektrode 5a und einer zweiten Elektrode 5b.

Als Magnetlinse 2 ist eine konisch ausgebildete Einzel­ linse vorgesehen, die einen inneren Polschuh 2a und einen verkürzten äußeren Polschuh 2b aufweist. Zur Ge­ währleistung möglichst geringer Brennweiten und damit kleiner Farbfehlerkonstanten des Detektorobjektivs wird der von einer Erregerspule 2c der Magnetlinse 2 er­ zeugte magnetische Fluß mit Hilfe des inneren und äuße­ ren Polschuhs 2a, 2b auf einen kleinen Raumbereich um eine Symmetrieachse 6 des Systems konzentriert.

Die erste Elektrode 5a der elektrostatischen Linse 5 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel vorzugsweise in Form eines sich in Richtung der Probe 3 verjüngenden Kegelstumpfes ausgebildet, die in der konischen Bohrung des inneren Polschuhs 2a der Magnetlinse 2 konzentrisch zu deren Symmetrieachse 6 isoliert angeordnet ist.

Die zweite Elektrode 5b wird zwischen der ersten Elek­ trode 5a und der Probe 1 vorgesehen und ist im darge­ stellten Ausführungsbeispiel am unteren Ende des inne­ ren Polschuhs 2a angeordnet. Die zweite Elektrode 5b ist hier auch kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei sie sich in Richtung auf die Probe 1 verjüngt. Die zweite Elektrode 5b wird vorzugsweise mit einer (in der Zeich­ nung nicht dargestellten) variablen Spannungsquelle verbunden, um die Intensität des Stromes, der von der Probe 1 ausgehenden und in Richtung des Detektors 4 be­ schleunigten Sekundärkorpuskel zu steuern. Bei entspre­ chend eingestellter Spannung an der zweiten Elektrode ist das elektrische Absaugfeld an der Probenoberfläche relativ flach. Es beschleunigt aber mit zunehmendem Ab­ stand von der Probenoberfläche die Sekundärkorpuskel auf die Endenergie in Richtung auf den Detektor 4. Die erste Elektrode 5a wird ebenfalls über eine nicht näher dargestellte Spannungsquelle beaufschlagt.

Je nach Abstand zwischen Detektorobjektiv und Probe 1 sind die Feldlinien der Magnetlinse 2 im Bereich der Probe im wesentlichen parallel zur Symmetrieachse 6. Auf diese Weise werden die Sekundärelektronen von der Probenoberfläche entlang der Feldlinien bis zur zweiten Elektrode 2b beschleunigt und gelangen von dort weiter bis zum Detektor 4. Die Ausbeute der Sekundärelektronen wird durch die Kombination der magnetischen Einzelpol­ linse 2 und der elektrostatischen Linse 5 erheblich verbessert.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Bereich zwischen den beiden Polschuhen 2a, 2b ein Abschlußdeckel 7 vorgesehen, der aus unmagnetischem Material her­ gestellt ist und den Raum zwischen den Polschuhen vaku­ umdicht verschließt.

Das erfindungsgemäße Detektorobjektiv ist insbesondere für niederenergetische Korpuskel ausgelegt, die End­ energien von < 10 keV und insbesondere < 5 keV besit­ zen. Bei Energien < 5 keV reicht die magnetische Feld­ stärke nicht aus, um die Primärkorpuskel in ausrei­ chendem Maße zu fokussieren. In derartigen Anwendungs­ fällen kann jedoch die elektrostatische Linse 5 unter­ stützend eingreifen, so daß dadurch der Arbeitsbereich des beschriebenen Detektorobjektivs auch zu höheren En­ ergien erweitert wird. Der bevorzugte Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Detektorobjektivs liegt jedoch bei Endenergien der Korpuskel des primären Korpuskular­ strahls von < 5 keV.

Das für die Absaugung der Sekundärkorpuskel so ge­ eignete Magnetfeld durchdringt zwangsläufig die Probe 1 und Teile eines Positioniertisches. Dabei könnten ma­ gnetische Proben oder Tischteile das fokussierende Ma­ gnetfeld negativ beeinflussen.

Als Hauptanwendungsgebiet für das erfindungsgemäße De­ tektorobjektiv kommen daher insbesondere nichtmagneti­ sche Proben aus der Halbleiterindustrie in Frage, die zudem mit niederenergetischen Korpuskeln untersucht werden können. Bei der Ausgestaltung des Positionierti­ sches sind zudem magnetische Teile zu vermeiden.

Das Detektorobjektiv ist nicht auf eine konische bzw. kegelstumpfförmige Ausbildung von Magnetlinse 2 und elektrostatischer Linse 5 beschränkt. Im Rahmen der Er­ findung sind insbesondere auch zylindrische Ausbil­ dungen denkbar. Ferner kann die elektrostatische Linse lediglich eine Elektrode aufweisen, wobei die Gegen­ elektrode dann beispielsweise durch die Probe selbst gebildet werden könnte.

Während der Detektor 4 im dargestellten Ausführungsbei­ spiel - in Richtung des primären Korpuskularstrahles gesehen - vor der Magnetlinse angeordnet ist, könnte dessen Anordnung auch innerhalb der Magnetlinse vorge­ sehen werden.

Claims (10)

1. Detektorobjektiv für Korpuskularstrahlgeräte mit

• a) einer ein magnetisches Feld erzeugenden Magnet­ linse (2) zur Fokussierung eines primären Kor­ puskularstrahles (3) auf eine Probe (1),
• b) einem Detektor (4) zum Nachweis der vom primären Korpuskularstrahl (3) auf der Probe ausgelösten Sekundärkorpuskeln,
• c) sowie einer, elektrostatischen Linse (5) zum Ab­ bremsen der Korpuskeln des primären Korpuskular­ strahls (3) und zum Beschleunigen der Sekundär­ elektronen, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetlinse (1) als Einzelpollinse ausgebildet ist.

2. Detektorobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektrostatische Linse (5) wenig­ stens eine Elektrode (5a) innerhalb der Magnetlinse (2) aufweist.

3. Detektorobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektrostatische Linse (5) wenig­ stens zwei auf unterschiedlichem Potential liegende Elektroden (5a, 5b) aufweist.

4. Detektorobjektiv nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens eine Elektrode (5b) zur Steuerung der Intensität des Stromes der vom primä­ ren Korpuskularstrahl ausgelösten und in Richtung des Detektors (4) beschleunigten Sekundärkorpuskeln ausgebildet ist.

5. Detektorobjektiv nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest eine Elektrode (5a, 5b) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

6. Detektorobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Detektor (4) - in Richtung des primären Korpuskularstrahls (3) gesehen - vor dem Raum zwischen Probe (1) und Magnetlinse (2) angeord­ net ist.

7. Detektorobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Detektor (4) - in Richtung des primären Korpuskularstrahls (3) gesehen - vor der Magnetlinse (2) angeordnet ist.

8. Detektorobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektrostatische Linse (5) mit ei­ nem derartigen Potential beaufschlagbar ist, daß die Korpuskeln des primären Korpuskularstrahls (3) auf eine Endenergie < 10 keV, insbesondere < 5 keV abge­ bremst werden.

9. Detektorobjektiv nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Magnetlinse (2) konisch ausgebil­ det ist und einen inneren sowie einen verkürzten äu­ ßeren Polschuh (2a, 2b) aufweist.

10. Detektorobjektiv nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektrostatische Linse (5) eine kegelstumpfförmige erste Elektrode (5a) sowie eine im Bereich des inneren Polschuhes (2a) angeordnete zweite Elektrode (5b) aufweist.