DE3590146C2

DE3590146C2 -

Info

Publication number: DE3590146C2
Application number: DE3590146A
Authority: DE
Inventors: Tadashi Ohtaka; Yasushi Katsuta Ibaraki Jp Nakaizumi; Katsuhiro Hachioji Tokio/Tokyo Jp Kuroda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-04-06
Filing date: 1985-04-05
Publication date: 1990-06-07
Anticipated expiration: 2005-04-06
Also published as: WO1985004757A1; GB2168839A; DE3590146T; JPH057821B2; US4658136A; GB2168839B; JPS60212953A; GB8529033D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis von Sekundärelektronen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere eine solche Vorrichtung, welche zur Verwendung in einem Abtastelektronenmikroskop geeignet ist. Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 21 16 289 bekannt.

In den letzten Jahren ist die Auflösung des Abtastelektronenmikroskopes so verbessert worden, daß es häufig mit kleinen Beschleunigungsspannungen verwendet worden ist, insbesondere zur Betrachtung von Halbleitern, um eine Beschädigung des Halbleiters mit einem Elektronenstrahl zu vermeiden.

Bei den üblichen z. B. aus der o. g. DE-OS bekannten Nachweisvorrichtungen für Sekundärelektronen, welche im Abtastelektronenmikroskop verwendet werden, werden die von einer Probe ausgesandten Sekundärelektronen mit Hilfe eines Sekundärelektronendetektors durch eine magnetische Objektivlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls, welcher die Probe bestrahlt und bombardiert, erfaßt. Normalerweise wird als Sekundärelektronendetektor ein Fotoelektronenvervielfacher verwendet. Ein solcher Detektor hat nämlich eine große Nachweisempfindlichkeit. Da zum Anziehen der Sekundärelektronen eine hohe Spannung an das vordere Ende des Sekundärelektronendetektors angelegt wird, führt dies zu einer Ablenkung des Elektronenstrahls mit der nachteiligen Konsequenz, daß der Elektronenstrahl fehlausgerichtet wird.

Dieses Problem kann durch Positionierung des Sekundärelektronendetektors entfernt vom Elektronenstrahl gelöst werden. Diese Positionierung bringt jedoch ein anderes Problem mit sich, nämlich, daß die Sekundärelektronen nicht wirksam erfaßt beziehungsweise nachgewiesen werden können.

Zur Lösung dieses Problems ist daher bei der aus der DE-OS 31 26 575 bekannten Vorrichtung zum Nachweis von Sekundärelektronen eine den Elektronenstrahl umgebende rohrförmige Elektrode vorgesehen, durch die eine Ablenkung des Elektronenstrahls durch das die Sekundärelektronen ablenkende elektrische Feld verhindert wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Nachweis von Sekundärelektronen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der dieses Problem auf andere Weise gelöst wird, bei der aber Sekundärelektronen von einer Probe wirksam erfaßt werden können, ohne daß hierbei der Elektronenstrahl durch die die Sekundärelektronen ablenkenden Felder abgelenkt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Nachweis von Sekundärelektronen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Ansrpuch 2 angeführt, dessen Merkmale an sich aus der DE-OS 21 16 289 bekannt sind.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer Vorrichtung zum Nachweis von Sekundärelektronen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht der Korrektureinrichtung der Fehlausrichtung des Elektronenstrahls der Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie A-A der Fig. 2,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Elektroden und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Spule.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein Elektronenstrahl 2 geringer Beschleunigung, welcher von einer Elektronenstrahlerzeugungseinrichtung 1 erzeugt wird, durch eine magnetische Elektronenlinse 3 auf eine Probe 4 fokussiert. Wenn die Probe 4 mit dem Elektronenstrahl 2 bestrahlt wird, werden die Probe 4 charakterisierende Informationssignale, wie Sekundärelektronen, refletkierte Elektronen oder Röntgenstrahlen von der Probe 4 ausgesandt. Von diesen Informationssignalen werden die Sekundärelektronen, welche auf der Seite der Probe 4, welche durch den Elektronenstrahl bestrahlt wird, in bezug zur Probe 4 erzeugt werden, durch das Magnetfeld der Objektivlinse 3 geführt, wobei sie um die Achse des Elektronenstrahls 2 verwindet werden. Die so geführten Sekundärelektronen werden mit Hilfe eines Sekundärelektronendetektors 5 von der Fotoelektronenvervielfacher-Bauart erfaßt und nachgewiesen. Das Ausgangssignal des Sekundärelektronendetektors 5 wird als helligkeitsmoduliertes Signal in eine Kathodenstrahlröhre (nicht gezeigt) eingeführt.

Eine Ablenkeinrichtung 6 lenkt den Elektronenstrahl in zwei Dimensionen ab, so daß die Probe 4 in zwei Dimensionen durch den Elektronenstrahl 2 abgetastet wird. Der Kathodenstrahl der nicht gezeigten Kathodenstrahlröhre wird synchron mit dem Elektronenstrahl 2 zweidimensional abgelenkt. Demzufolge wird ein Bild des abgetasteten Bereichs der Probe 4 durch die Sekundärelektronen auf der Kathodenstrahlröhre angezeigt.

Um die Achse des Elektronenstrahls 2 ist eine Korrektureinrichtung 7 für die Fehlausrichtung des Elektronenstrahls angeordnet, um eine Fehlausrichtung des Elektronenstrahls 2 zu verhindern und um die Sekundärelektronen wirksam zu dem Sekundärelektronendetektor 5 auszurichten. Diese Korrektureinrichtung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 näher beschrieben. Vier Elektroden 72-75 werden in gleichem Abstand um die Achse des Elektronenstrahls so angeordnet, um ein elektrisches Feld in Richtung des Pfeiles 71 zu erzeugen. Die gegenüberliegenden Elektroden 72 und 74 werden jeweils mit einer positiven und negativen Spannung durch eine Spannungsquelle 76 beaufschlagt, wohingegen die in ähnlicher Weise gegenüberliegenden Elektroden 73 und 75 geerdet sind. Auf der Rückseite der Elektroden 72 und 74 ist eine elektromagnetische Spule 77 angeordnet, welche von einer Spannungsquelle 79 mit elektrischem Strom beaufschlagt wird, so daß in Richtung des Pfeiles 78 senkrecht zum Pfeil 71 ein Magnetfeld erzeugt werden kann.

Der Elektronenstrahl unterliegt, wenn er durch die Korrektureinrichtung für die Fehlausrichtung des Elektronenstrahls geführt wird, sowohl einer Kraft in einer Richtung des Pfeiles 80 entgegengesetzt zur Richtung des Pfeiles 71 durch das elektrische Feld in Richtung des Pfeiles 71 als auch einer Kraft in Richtung des Pfeiles 71 durch das magnetische Feld in Richtng des Pfeiles 78. Hierbei werden die Kräfte in den Richtungen der Pfeile 71 und 80 gleich groß zueinander eingestellt. Demzufolge wird der Elektronenstrahl nicht abgelenkt.

Die Sekundärelektronen von der Probe 4 bewegen sich in der zum Elektronenstrahl entgegengesetzten Richtung, so daß sie einer Kraft in Richtung des Pfeiles 80 sowohl durch das elektrische Feld als auch durch das magnetische Feld unterworfen sind, wenn sie durch die Korrektureinrichtung für die Fehlausrichtung des Elektronenstrahls geführt werden. Demzufolge werden die Sekundärelektronen in Richtung des Pfeiles 80 ausgerichtet, so daß sie wirksam durch den Sekundärelektronendetektor 5 erfaßt werden. Wenn die Sekundärelektronen hierdurch wirksam erfaßt werden können, kann der Sekundärelektronendetektor 5 getrennt beziehungsweise entfernt von der Achse des Elektronenstrahls positioniert werden. Daher wird der Elektronenstrahl, welcher mit einer hohen Spannung zur Stirnseite des Sekundärelektronendetektors 5 beaufschlagt ist, nicht nachteilig beeinträchtigt, d. h. nicht abgelenkt.

Die Elektroden 72 bis 75 können so geformt sein, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Darüber hinaus kann die Ablenkspule 77 auf einer biegsamen gedruckten Platte 80 ausgebildet sein, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Wenn die flexible, mit der Spule 77 ausgebildete gedruckte Platte 80 auf die Außenseiten der Elektroden der Fig. 4 gewunden wird, wird hierdurch die Korrektureinrichtung für die Fehlausrichtung des Elektronenstrahls geschaffen, um die Sekundärelektronen wirksam zum Sekundärelektronendetektor 5 auszurichten, während eine Fehlausrichtung des Elektronenstrahls 2 verhindert wird, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 beschrieben worden ist.

Wenn die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls 1 kV ist, wenn der Ablenkwinkel der Sekundärelektronen auf 30° eingestellt wird (angedeutet durch Winkel R in Fig. 3), wenn der Innendurchmesser der Ablenkelektroden 16 mm ist (Abmessung d in Fig. 3), wenn die Länge der Ablenkelektroden 14 mm ist (Abmessung L in Fig. 3), wenn der Durchmesser der Ablenkspule 20 mm ist (Abmessung D in Fig. 3), wenn die Länge der Ablenkspule 10 mm ist (Abmessung 1 in Fig. 3) und wenn der Zentralwinkel der Ablenkspule 120° ist (Winkel Φ in Fig. 2), können das elektrische Feld, das magnetische Feld, die Spannungsdifferenz der Ablenkplatten und die Größe des Magnetfeldes für die jeweiligen Energien der Sekundärelektronen berechnet werden, wie dies in Tabelle 1 angeführt ist.

Das Ergebnis macht deutlich, daß die Spannung zum Ablenken der Sekundärelektronen von 5 eV um einen Winkel von 30° in Richtung des Sekundärelektronendetektors 9,92 V betragen kann, wobei die Ablenkspule 0,59 Ampere/Windungen aufweisen kann. Wenn dieses Verhältnis gewählt wird, wie im vorhergehenden beschrieben worden ist, wird nur die Bewegungsbahn der Sekundärelektronen in Richtung zum Sekundärelektronendetektor abgelenkt, ohne die Ablenkung des Elektronenstrahls zu beeinträchtigen. Die Sekundärelektronenenergie hat ihre Spitze bei 2 eV und erreicht höchstens 5 eV, so daß die meisten Sekundärelektronen in den Sekundärelektronendetektor durch Einstellung der oben erwähnten speziellen Zahlenwerte, aufgeführt in Tabelle 1, geführt werden können.

Daher kann der Sekundärelektronendetektor in einer Position angeordnet werden, die ausreichend entfernt von der Achse des Elektronenstrahls angeordnet ist, so daß der Elektronenstrahl nicht abgelenkt wird, selbst wenn er mit geringer Spannung beschleunigt wird.

Tabelle 1

Obwohl ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für den Fall beschrieben worden ist, in welchem die Sekundärelektronen über der fokussierenden Linse nachgewiesen werden, können ähnliche Effekte erwartet werden, wenn die Sekundärelektronen unter der fokussierenden Linse abgelenkt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Nachweis von Sekundärelektronen in einem Elektronenstrahlgerät mit einer Einrichtung (1) zum Erzeugen eines Elektronenstrahls (2) und zum Bestrahlen einer Probe (4) mit diesem Elektronenstrahl, um aus dieser Probe (4) Sekundärelektronen zu erzeugen, mit einer Einrichtung (72, 74, 76) zum Erzeugen eines elektrischen Feldes zum Ablenken der Sekundärelektronen in eine erste Richtung (80), mit einer Einrichtung (77, 79) zum Erzeugen eines magnetischen Feldes zum Ablenken der von der Probe kommenden, in zum Elektronenstrahl entgegengesetzter Richtung sich bewegenden Sekundärelektronen in die erste Richtung (80), und mit einer Einrichtung (5) zum Nachweis der in die erste Richtung (80) abgelenkten Sekundärelektronen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (72, 74, 76; 77, 79) zur Erzeugung des elektrischen und magnetischen Feldes so ausgebildet sind, daß das elektrische Feld und das magnetische Feld im wesentlichen senkrecht zueinander sind und daß die Ablenkung des Elektronenstrahls durch das elektrische Feld (72, 74, 76) in die erste Richtung (80) durch die Ablenkung des Elektronenstrahls durch das magnetische Feld (77, 79) in die zur ersten Richtung (80) entgegengesetzte Richtung (77) im wesentlichen auf null reduziert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Magnetlinse (3) zum Fokussieren des Elektronenstrahls (2) auf die Probe (4) vorgesehen ist und daß die Einrichtungen (72, 74, 76; 77, 79) zur Erzeugung des elektrischen und magnetischen Feldes in Richtung des Elektronenstrahls gesehen vor der Magnetlinse (3) angeordnet sind, so daß die Sekundärelektronen durch das Magnetfeld der Magnetlinse (3) geführt und durch das elektrische Feld und das magnetische Feld in die erste Richtung (80) abgelenkt werden.