DE3605129C2

DE3605129C2 - Ladungsträgerteilchen-Strahlvorrichtung

Info

Publication number: DE3605129C2
Application number: DE3605129A
Authority: DE
Inventors: Susumu Goto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-02-19
Filing date: 1986-02-18
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2006-02-19
Also published as: DE3605129A1; JPS61190839A; US4939371A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladungsträgerteilchen- Strahlvorrichtung.

Die DE-PS 9 57 421 beschreibt eine Einrichtung bei Korpusku larstrahl-Apparaten insbesondere bei Elektronenmikroskopen, zum Justieren des Strahlerzeugungssystems. Dabei wird dort ein von einer Ladungsträgerteilchenquelle erzeugtes Ladungs trägerteilchenstrahlenbündel mittels zweier Ablenkeinheiten justiert. Die Justage erfolgt dort dann, wenn eine derartige Abweichung auftritt, daß das Ladungsträgerteilchenstrahlen bündel teilweise auf einen zwischen den Ablenkeinheiten ange ordneten Kontrolleuchtschirm oder auf einen in Strahlrichtung gesehen nach dem zweiten Ablenksystem angeordneten Leuchtschirm trifft. Dabei weisen beide Leuchtschirme Durch trittsöffnungen auf, so daß das Strahlenbündel bei einer Normalausrichtung die Leuchtschirme ungehindert passieren kann.

Den Patent Abstracts of Japan E-12, Bd. 4, 24. Mai 1980, Nr. 71, 55-39 111 (A), ist eine in vier Segmente unter teilte Lochblende zur Achsenausrichtung eines Elektronen strahls zu entnehmen.

Aus der FR-PS 1,374,702 ist eine Ladungsträgerteilchen- Strahlvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Genauer ist dort eine Ladungsträgerteilchen-Strahl vorrichtung beschrieben, die eine Ladungsträgerteilchenquelle zum Erzeugen eines Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels auf weist. Weiter ist an einer ersten Stelle ein erster Abwei chungssensor angeordnet, der eine Öffnung zum Hindurchtreten des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels aufweist und mit dem eine Abweichung des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels von einer gewünschten Hauptstrahlachse an der ersten Stelle fest stellbar ist. Das Ladungsträgerteilchenstrahlenbündel kann mit einer ersten Ablenkeinheit abgelenkt und derart die an der ersten Stelle erfaßte Abweichung des Ladungsträgerteil chenstrahlenbündels von der gewünschten Hauptstrahlachse kor rigiert werden.

Zudem ist an einer zweiten Stelle ein zweiter Abweichungssen sor angeordnet, der ebenfalls eine Öffnung zum Hindurchtreten des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels aufweist und mit dem eine Abweichung des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels von der gewünschten Hauptstrahlachse an der zweiten Stelle fest stellbar ist. Dabei ist der zweite Abweichungssensor gegen über dem ersten Abweichungssensor hinsichtlich der Ausbrei tungsrichtung des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels strom ab angeordnet. Dem zugehörig ist eine zweite Ablenkeinheit, mit der das Ladungsträgerteilchenstrahlenbündel derart ab lenkbar ist, daß die an der zweiten Stelle erfaßte Abweichung des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels von der gewünschten Hauptstrahlachse korrigierbar ist.

Bei dem vorstehend aufgeführten Stand der Technik passiert das Ladungsträgerteilchenstrahlenbündel die Abweichungssenso ren vollständig und trifft lediglich bei einer Abweichung von einer gewünschten Hauptstrahlachse teilweise auf die Abwei chungssensoren auf. Dazu muß bei der Anordnung der Sensoren in dem betreffenden Gerät sehr sorgfältig vorgegangen werden. Zudem wird eine nur geringe Abweichung des Ladungsträgerteil chenstrahlenbündels aufgrund der Herstellungstoleranzen bei der Fertigung der Abweichungssensoren nicht sicher erkannt und korrigiert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Ladungsträgerteil chen-Strahlvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Pa tentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß eine sehr präzise Ausrichtung des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels ermög licht ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Genauer wird dadurch, daß die Öffnungen der Abweichungssenso ren derart dimensioniert sind, daß sie jeweils nur von einem Teil des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels passiert werden können, das Ladungsträgerteilchenstrahlenbündel immer zur Auswertung einer möglichen Abweichung herangezogen. Somit wird mittels des auf die Abweichungssensoren auftreffenden Teils des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels die Abweichung des die Abweichungssensoren passierenden Teils des Ladungs trägerteilchenstrahlenbündels von der gewünschten Haupt strahlachse sicher bestimmt.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprü che.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht, die einen Teil einer Ladungsträgerteilchen-Strahlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt,

Fig. 2 eine schematische Teilansicht der Strahlvorrichtung nach Fig. 1 und

Fig. 3 eine schematische Ansicht, die die Korrektur einer Abweichung der Achse der Strahlen geladener Teilchen veranschaulicht.

Zuerst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ladungsträgerteilchen-Strahlvorrichtung zeigt.

Nach Fig. 1 wird von einer Ladungsträgerteilchenquelle 1, wie einem Glühdraht, ein Ladungsträgerteilchenstrahlenbündel 3 erzeugt, wobei die geladenen Teilchen mittels einer Anode 2 beschleunigt und mittels einer Sammellinse 4 für geladene Teilchen gesammelt werden. Bei diesem Beispiel ist die Sammellinse 4 eine Magnetfeldlinse. In der Fig. 1 sind mit 6 und 8 Abweichungssensoren bezeichnet, die durch nachstehend als Blenden bezeichnete Lochblenden für das Begrenzen der Strahlen geladener Teilchen gebildet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht jede der Blenden 6 und 8 aus elektrisch leitendem Material, um damit irgendeine Abweichung des Strahlenbündels 3 zu erfassen, was nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Mit 5 und 7 sind Ablenkeinheiten bezeichnet, die zum Korrigieren einer Abweichung der Achse der Strahlen 3 dienen, was gleichfalls nachfolgend beschrieben wird. Ein teilchenoptisches Objektiv 9 dient zum Zusammenführen des Strahlenbündels 3 auf einen Punkt an einem Werkstück bzw. einer Probe 10.

Die Fig. 2 ist eine ausführliche Darstellung eines zur automatischen Achsenausrichtung dienenden Teils der Strahlvorrichtung nach Fig. 1 und zeigt ausführlicher die Blenden 6 und 8 sowie die Ablenkeinheiten 5 und 7.

Das von der Sammellinse 4 nach Fig. 1 gebündelte Strahlenbündel 3 fällt teilweise auf die Blende 6, die bei diesem Ausführungsdbeispiel in vier fächerförmige Segmente X1, X1′, Y1 und Y1′ aufgeteilt ist. Diese fächerförmigen Segmente X1 bis Y1′ sind elektrisch voneinander isoliert. Da die durch die fächerförmigen Segmente X1 bis Y1′ gebildete Blende 6 aus einem elektrisch leitenden Material besteht, fließt mindestens der darauf auftreffende Teil der geladenen Teilchen des Strahlenbündels 3 in die Segmente X1 bis Y1′ der Blende 6, wodurch Ströme aus abgefangenen geladenen Teilchen hervorgerufen werden. An die fächerförmigen Segmente X1 bis Y1′ sind jeweils Schwachstromverstärker 15 angeschlossen. D. h., jeder der Verstärker 15 ist zum Verstärken eines sehr schwachen elektrischen Stroms ausgebildet, der durch die in das jeweils entsprechende der Segmente X1 bis Y1′ der Blende 6 einströmenden geladenen Teilchen, beispielsweise Elektronen, hervorgerufen wird. Es sind zudem zwei Differenzverstärker 16 und 17 vorgesehen, von denen jeder an entsprechende zwei dieser Schwach strom-Verstärker 15 angeschlossen ist und ein Differenz signal erzeugt, das der Differenz zwischen den angelegten Ausgangssignalen der beiden Schwachstrom-Verstärker 15 entspricht. Im einzelnen erzeugt bei diesem Ausführungs beispiel der Differenzverstärker 16 ein Differenzsignal, das der Differenz zwischen den elektrischen Strömen ent spricht, welche durch die in die fächerförmigen Segmente Y1 und Y1′ einfließenden geladenen Teilchen hervorgerufen werden, während der Differenzverstärker 17 ein Differenz signal erzeugt, das der Differenz zwischen den elektri schen Strömen entspricht, die durch die in die fächer förmigen Segmente X1 und X1′ einfließenden geladenen Teilchen hervorgerufen werden. Die Differenzverstärker 16 und 17 sind jeweils mit einer Ablenksteuerschaltung 12 bzw. 11 verbunden. Diese Ablenk steuerschaltungen 12 und 11 steuern entsprechend den jeweiligen Differenzsignalen aus dem Differenzverstärker 16 bzw. 17 die der Ablenkeinheit 5 zugeführten Ströme, wodurch die Ablenkwirkung der Ablenkeinheit 5 so gesteuert wird, daß die aus den Differenzverstärkern 16 und 17 zugeführten Differenzsignale zu "0" werden.

Falls beispielsweise die auf die Blende 6 fallenden geladenen Teilchen eine derartige Abweichung haben, daß ein größerer Teil des Strahlenbündels 3 auf das fächerförmige Segment X1 fällt, wird der elektrische Strom aus den in das Segment X1 fließenden geladenen Teilchen stärker als der durch die in das dem Segment X1 gegenübergesetzten Segment X1′ strömenden geladenen Teilchen erzeugte. Daher gibt der Differenzverstärker 17 beispielsweise ein positives Differenzsignal ab, das der Differenz zwischen den Strömen aus den Segmenten X1 und X1′ entspricht. Entsprechend dem Differenzzsignal aus dem Differenzverstärker 17 steuert die Ablenksteuerschaltung 11 den der Ablenkeinheit 5 zugeführten Strom und damit die Ablenkwirkung der Ablenkeinheit 5 in der Weise, daß das Strahlenbündel 3 stärker zu dem Segment X1′ der Blende 6 als zu dem Segment X1 hin in einem Ausmaß abgelenkt werden, bei dem die auf die Segmente X1 und X1′ fallenden Mengen geladener Teilchen gleich werden und dadurch der Differenzverstärker 17 ein Differenzsignal "0" abgibt. Hierdurch wird die Achse des Strahlenbündels 3 auf die Mitte der Blende 6 in der Richtung der Segmente X1 und X1′ ausgerichtet. Ferner kann auch hinsichtlich der Richtung der Segmente Y1 und Y1′ der Blende 6 das Ausrichten der Achse des Strahlenbündels 3 auf die Mitte der Blende 6 auf die vorstehend beschriebene Weise automatisch vorgenommen werden, wobei der Diffrenzverstärker 16 und die Ablenksteuerschaltung 12 eingesetzt werden.

Es ist jedoch möglich, daß das Ausrichten der Achse des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels in Bezug auf die Mitte der Blende 6 mittels der Kombination der Blende 6 und der Ablenkeinheit 5 eine nachteilige Schräglage der Achse des Strahlenbündels 3 verursacht, was aus der Fig. 3 ersichtlich ist. Aus diesem Grund ist bei dem Ausführungsbeispiel ein weiterer Satz aus einem Abweichungssensor bzw. einer Lochblende und einer Ablenkeinheit vorgesehen, mit dem das Auftreten einer solchen Schräglage der Achse des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels verhindert wird. Im einzelnen ist für diesen Zweck unterhalb der ersten Blende 6 die zweite Blende 8 angebracht. Auf gleichartiger Weise wie die erste Blende 6 ist die zweite Blende 8 in vier fächerförmige Segmente X2, X2′, Y2 und X2′ aufgeteilt, die elektrisch voneinander isoliert sind. An die Segmente X2 bis Y2′ der zweiten Blende 8 sind gleichermaßen wie bei der ersten Blende 6 vier Schwachstrom-Verstärker 15 angeschlossen. Ferner sind zwei Differenzverstärker 18 und 19 vorgesehen, die jeweils an entsprechende zwei der Schwachstrom-Verstärker 15 angeschlossen sind. Die Ausgangssignale der Differenz- Verstärker 18 und 19 werden jeweils einer Ablenksteuerschaltung 14 bzw. 13 zugeführt, wodurch die Ablenkwirkung der zweiten Ablenkeinheit 7 ge steuert wird. Wie es am besten aus der Fig. 1 ersichtlich ist, wird die zweite Ablenkeinheit 7 in der Ebene der ersten Blende 6 oder in geringem Abstand zu dieser angeordnet.

Mittels der Differenzverstärker 18 und 19 kann auf die gleiche Weise wie die bezüglich der ersten Blende 6 beschriebene die Lage der Achse des Strahlenbündels 3 in Bezug auf die Mitte der zweiten Blende 8 erfaßt werden und irgendeine durch die Schräglage der Achse des Strahlenbündels 3 auf der Ebene der zweiten Blende 8 dadurch korrigiert werden, daß auf die vorstehend unter Bezugnahme auf die erste Ablenkeinheit 5 beschriebene Weise die Ablenkwirkung der zweiten Ablenkeinheit 7 gesteuert wird. Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, daß auf diese Weise durch die Zusammenwirkung der zweiten Blende 8 und der zweiten Ablenkeinheit 7 die nach dem Durchlaufen der ersten Blende 6 auftretende Schräglage der Achse des Strahlenbündels 3 aufgehoben werden kann. Hierdurch wird die Achse des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels 3 vollkommen mit einer vorgegebenen Achse der Ladungsträgerteilchen-Strahlvorrichtung ausgefluchtet. Infolgedessen ist gewährleistet, daß die von der Strahlvorrichtung abgegebenen Strahlen geladener Teilchen genau auf die Ziel- oder Sollstelle an der Probe bzw. dem Werkstück 10 auftreffen (Fig. 1).

Es sind verschiedenerlei Abwandlungen des beschriebenen Ausführungsbeispiels möglich. Während beispielsweise bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Teil der Vorrichtung mit den Blenden 6 und 8 und den Ablenkeinheiten 5 und 7 für das automatische Ausfluchten zwischen der Sammellinse 4 und dem Objektiv 9 angeordnet ist, kann dieser Teil für das automatische Ausrichten stromauf der Sammellinse 4 angeordnet werden. Mit dieser Anordnung ist ein Ausrichten der Ladungsträgerteilchen-Strahlen mit höherer Genauigkeit erreichbar.

Während ferner bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel Magnetlinsen verwendet sind, können im wesentlichen gleiche Wirkungen auch bei der Verwendung elektrostatischer Linsen erzielt werden. Ferner können für die Erfassung der Lage der Achse Strahlen geladener Teilchen zusätzlich zu den oder anstelle der abgefangenen geladenen Teilchen unter Verwendung irgendeiner geeigneten Detektoreinrichtung Sekundärelektronen und/oder Reflexionselektronen erfaßt werden, die bei dem Auftreffen der Strahlen auf die Blende erzeugt werden. Weiterhin kann die Lage der Achse des Strahlenbündels von Hand entsprechend der mit der Blende erzielbaren Information eingestellt werden.

Claims

1. Ladungsträgerteilchen-Strahlvorrichtung mit

a) einer Ladungsträgerteilchenquelle (1) zum Erzeugen eines Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels (3),
b) einem, an einer ersten Stelle angeordneten, ersten Abwei chungssensor (6), der eine Öffnung zum Hindurchtreten des La dungsträgerteilchenstrahlenbündels (3) aufweist und mit dem eine Abweichung des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels (3) von einer gewünschten Hauptstrahlachse an der ersten Stelle feststellbar ist,
c) einer ersten Ablenkeinheit (5), mit der das Ladungsträger teilchenstrahlenbündel (3) derart ablenkbar ist, daß die an der ersten Stelle erfaßte Abweichung des Ladungsträgerteil chenstrahlenbündels (3) von der gewünschten Hauptstrahlachse korrigierbar ist,
d) einem, an einer zweiten Stelle angeordneten, zweiten Ab weichungssensor (8), der eine Öffnung zum Hindurchtreten des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels (3) aufweist und mit dem eine Abweichung des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels (3) von der gewünschten Hauptstrahlachse an der zweiten Stelle feststellbar ist, wobei der zweite Abweichungssensor (8) ge genüber dem ersten Abweichungssensor (6) hinsichtlich der Ausbreitungsrichtung des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels (3) stromab angeordnet ist, und
e) einer zweiten Ablenkeinheit (7), mit der das Ladungsträ gerteilchenstrahlenbündel (3) derart ablenkbar ist, daß die an der zweiten Stelle erfaßte Abweichung des Ladungsträger teilchenstrahlenbündels (3) von der gewünschten Haupt strahlachse korrigierbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

f) daß die Öffnungen der Abweichungssensoren (6, 8) derart dimensioniert sind, daß sie jeweils nur von einem Teil des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels (3) passiert werden kön nen, und
g) daß mittels des auf die Abweichungssensoren (6, 8) auf treffenden Teils des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels (3) die Abweichung des die Abweichungssensoren (6, 8) passieren den Teils des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels (3) von der gewünschten Hauptstrahlachse bestimmbar ist.

2. Ladungsträgerteilchen-Strahlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichungssensoren durch Lochblenden (6, 8) gebildet sind.

3. Ladungsträgerteilchen-Strahlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochblenden (6, 8) aus mehre ren, gegeneinander elektrisch isolierten Segmenten (X₁, X₁′, X₂, X₂′, Y₁, Y₁′, Y₂, Y₂′) gebildet sind.

4. Ladungsträgerteilchen-Strahlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (X₁, X₁′, X₂, X₂′, Y_1, Y₁′, Y₂, Y₂′) fächerförmig ausgebildet sind.

5. Ladungsträgerteilchen-Strahlvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (X₁, X₁′, X₂, X₂′, Y₁, Y₁′, Y₂, Y₂′) gleich groß sind.

6. Ladungsträgerteilchen-Strahlvorrichtung nach einem der An sprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochblenden (6, 8) vier Segmente (X₁, X₁′, X₂, X₂′, Y₁, Y₁′, Y₂, Y₂′) aufweisen.

7. Ladungsträgerteilchen-Strahlvorrichtung nach einem der An sprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Schwach stromverstärkern (15) jeweils der durch das Auftreffen eines Teils des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels (3) auf eines der Segmente (X₁, X₁′, X₂, X₂′, Y₁, Y₁′, Y₂, Y₂′) hervorgeru fene elektrische Strom verstärkt wird.

8. Ladungsträgerteilchen-Strahlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Differenzverstärkern (16, 17, 18, 19) das Ausgangssignal jeweils zweier, zueinander korrespondierender Schwachstromverstärker (15) verglichen und zur Korrektur der Abweichung des Ladungsträgerteilchenstrah lenbündels (3) von der gewünschten Hauptstrahlachse verwendet wird.

9. Ladungsträgerteilchen-Strahlvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur der Abweichung des Ladungsträgerteilchenstrahlenbündels (3) von der gewünschten Hauptstrahlachse derart erfolgt, daß das Ausgangssignal der jeweiligen Differenzverstärker (16, 17, 18, 19) zu Null wird.