DE3590146T

DE3590146T - Vorrichtung zum Nachweis von Sekundärelektronen

Info

Publication number: DE3590146T
Application number: DE19853590146
Authority: DE
Inventors: Katsuhiro Hachioji Tokio/Tokyo Kuroda; Yasushi Katsuta Ibaraki Nakaizumi; Tadashi Ohtaka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-04-06
Filing date: 1985-04-05
Publication date: 1986-04-03
Also published as: JPH057821B2; DE3590146C2; JPS60212953A; WO1985004757A1; GB2168839A; GB2168839B; US4658136A; GB8529033D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum
Nachweis von Sekundärelektronen und insbesondere eine solche Vorrichtung, welche zur Verwendung in einem Abtastelektronenmikroskop geeignet ist.

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 vermei-

den.

Bei den üblichen Nachweisvorrichtungen für Sekundärelektronen, welche im Abtastelektronenmikroskop verwendet werden, werden die von einer Probe ausgesandten Sekundärelektronen 3g mit Hilfe eines Sekundärelektronendetektors durch eine
magnetische Objektivlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls, welcher die Probe bestrahlt und bombadiert, erfaßt. Normalerweise wird als Sekundärelektronendetektor

J 3590U6

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, behindert dieser jedoch die Ablenkung des Elektronenstrahls mit der nachteiligen Konsequenz, daß der Elektronenstrahl fehlausgerichtet wird.

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

]_5 Die Aufgabe der vorliegenden Efindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Nachweis von Sekundärelektronen zu schaffen, mit welcher Sekundärelektronen von einer Probe wirksam erfaßt werden können, ohne hierbei die Ablenkung eines Elektronenstrahls zu beeinträtigen.

Dies wird bei einer Vorrichtung zum Nachweis von Sekundärelektronen erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines Elektronenstrahls und zum Bestrahlen einer Probe mit diesem Elektronenstrahl, um aus dieser Probe Sekundärelektronen zu erzeugen, eine Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Feldes zum Ablenken des Elektronenstrahls und der Sekundärelektronen in eine erste Richtung, eine Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes zum Ablenken des Elektronenstrahls in eine zweite, der

QO ersten entgegengesetzte Richtung, um die Sekundärelektronen in die erste Richtung abzulenken und um die Ablenkung des Elektronenstrahls in die erste Richtung im wesentlichen auf null zu reduzieren, und durch eine Einrichtung zum Nachweis der in die erste Richtung abgelenkten Sekundärelektronen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit

: _H ' 3590H6 - s -

der Zeichnung- Darin zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer Vorrichtung zum Nachweis von Sekundärelektronen gemäß einer Ausführungsform 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 Figw 2,

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

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

Wie in Figur 1 gezeigt ist, wird ein Elektronenstrahl 2 geringer Beschleunigung, welcher von einer Elektronenstrahlerzeugungseinrichtung 1 erzeugt wird, durch eine elektronische Linse 3 der Magnetfeldbauart auf eine Probe 4 fokussiert . Wenn die Probe 4 mit dem Elektronenstrahl 2 bestrahlt und bombadiert wird, werden die Probe <i charakterisierende Informationssignale, wie Sekundärelektronen, reflektierte Elektronen oder Röntgenstrahlen von der Probe 4 ausgesandt. Von diesen Informationssignalen werden die Sekundärelektronen, welche auf der Seite der Probe 4, welche durch den Elektroenenstrahl bestrahlt wird, in Bezug zur Probe 4 erzeugt werden, durch die Magnetfeldlinse der Objektivlinse 3 ge-

3Q führt, 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 beziehungsweise nachgewiesen. Das Ausgangssignal des Sekundärelektronendetektors

gg wird als helligkeitsmoduliertes Signal in eine Kathodenstrahlröhre (nicht gezeigt) eingeführt.

Eine Ablenkeinrichtung 6 lenkt den Elektronenstrahl in zwei

Ϊ 3590U6

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 zu verhindern und um die Sekundärelektronen wirksam zu dem Sekundärelektronendetektor 5 auszurichten. Diese Korrektureinrichtung wird unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 näher beschreiben. Vier Elektroden 7 2-7 5 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 7 6 beaufschlagt, wohingegen die in ähnlicherweise 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 7 8 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 Pfei-

QQ les 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 Richtung 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

S 3590H6

— *s —

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. 5

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 10

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.
15

Die Elektroden 72 bis 75 können so geformt sein, wie dies in Figur 4 gezeigt ist. Darüberhinaus kann die Ablenkspule 77 auf einer biegsamen gedruckten Platte 80 ausgebildet sein, wie dies in Figur 5 gezeigt ist. Wenn die flexible, mit der Spule 77 ausgebildete gedruckte Platte 80 auf die Außenseiten der Elektroden der Figur 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 Figuren 2 und beschrieben worden ist.

Wenn die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls 1 kV ist, wenn der Ablenkwinkel der Sekundärelektronen auf 30° eingestellt wird (angedeudet durch Winkel θ in Figur 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 gg 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, daß magnetische

? 3590U6

- 16 -

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 5eV um einen Winkel von 30° in Richtung des Sekundaärelektronendetektors 9,9 2 V betragen kann, wobei die Ablenkspule 0,59 Ampere/Windung 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 Sekundärelektronenenergxe hat ihre Spitze bei 2eV 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 jait geringer Spannung beschleunigt wird.

Tabelle 1

Sekundärelektronen- 1 ₂ 5 in

ernergie (eV)

28

Elektrisches Feld (V/mm) 0.12 0.24 0 62

Ablenkplatten-Spannungs- 1.92 3_{<84 9>g2 2Q 5} differenz (V)

Magnetisches Feld (Gauss) 0.06 0.13 0.33 0 67

Ablenkspule Ampere/Windung 0.11 0.23 0 59 1?

S 3590U6

1 Obwohl eine Ausführungsform 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 Se-

5 kundärelektronen unter der fokussierenden Linse abgelenkt werden.

Claims

Patentansprüche

20

Vorrichtung zum Nachweis von Sekundärelektronen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (1) zum Erzeugen eines Elektronenstrahls (2) und zum Bestrahlen einer Probe (4) mit diesem Elektronenstrahl, um aus dieser Probe Sekundärelektronen zu erzeugen, eine Einrichtung (72, 74, 76) zum Erzeugen eines elektrischen Feldes zum Ablenken des Elektronenstrahls und der Sekunkärelektronen in eine erste Richtung (30), eine Einrichtung (77, 79) zum Erzeugen eines magnetischen Feldes zum Ablenken des Elektronenstrahls in eine zweite, der ersten entgegengesetzte Richtung (71), um die Sekundärelektronen in die erste Richtung abzulenken und um die Ablenkung des Elektronenstrahls in die erste Richtung im wesentlichen auf null zu reduzieren, und durch eine Einrichtung (5) zum Nachweis der in die erste Richtung abgelenkten Sekundärelektronen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

_^ίθ 3590Η6

das elektrische Feld und das magnetische Feld im wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine elektronische Linse (3) der Magnetfeldbauart zum Fokussieren des Elektronenstrahls (2) auf die Probe (4), wobei die Sekundärelektronen durch das Magnetfeld der elektronischen Linse der Magnetfeldbauart geführt werden und durch das elektrische Feld und das magnetische Feld in die erste Richtung (80) abgelenkt werden.