DE3636316C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abtast-Korpuskularstrahlgerät gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es zum Beispiel aus der DE-OS 31 45 606 bekannt ist.

Bei einem herkömmlichen Abtast-Elektronenmikroskop, wie es auf Seite 17 eines japanischen Buches beschrieben ist, das den Titel trägt "SOSAKENBIKYO NO KISO TO OYO (Elementary Knowledge and Applications of Scanning Electron Microscope)" welches von KYORITSU SYUPPAN Co., Ltd. am 1. Dezember 1983 veröffentlicht wurde, ist ein Elektronenstrahl so angeordnet, daß er die Mitte einer Objektivlinse durchläuft, und es wird ein Prüfkörper, der mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, horizontal in der Weise bewegt, daß der Elektronenstrahl auf einem gewünschten Teil der Oberfläche des Prüfkörpers auftrifft, trotz der Tatsache, daß der Elektronenstrahl durch ein elektrisches oder magnetisches Feld abgelenkt werden kann, um den gewünschten Teil der Oberfläche des Prüfkörpers abzudecken. Dies ist darin begründet, daß das Abtast-Elektronenmikroskop, um eine räumliche Auflösung von ungefähr 10 nm zu erreichen, es erforderlich macht, daß der Elektronenstrahl durch die Mitte der Objektivlinse durchgeführt wird, um die Aberration in Bezug auf die Objektivlinse zu minimieren.

Die Fig. 11 ist eine Schemaskizze, die die Ablenkung eines Elektronenstrahls in einem herkömmlichen Abtast-Elektronenmikroskop zeigt. Wie in dieser Figur zu sehen ist, wird, um die sphärische Aberration einer Objektivlinse 3 zu vermeiden, ein Elektronenstrahl 5 durch Ablenkeinrichtungen 1 und 2 so abgelenkt, daß der Strahl 5 immer durch die Mitte der Linse 3 läuft. Wenn der Ablenkwinkel an dem Mittelpunkt der Linse 3 durch β ausgedrückt wird, ist der Durchmesser Δd des Unschärfenkreises durch folgende Näherungsgleichung gegeben:

wobei V die Beschleunigungsspannung bezeichnet, ΔV die Energie­ streuung des Elektronenstrahls, IN die Amperewindungen der Objektivlinse und L die Entfernung zwischen der Objektivlinse und einem Prüfkörper 4. In einem Fall, in dem die Beschleunigungs­ spannung V 10 kV beträgt, und die Energiestreuung ΔV 1V, das Verhältnis IN = 15, die Entfernung L=50 mm ist, und der Ablenkwinkel β=0,1 radiant ist, wird die Be­ wegungsstrecke des Elektronenstrahls an der Oberfläche des Prüfkörpers 5 mm betragen, und der Durchmesser des Unschärfekreises wird 1 µm sein. Deshalb wurde der Ablenkwinkel β kleiner als 10^-3 radiant gemacht, um _Δd kleiner zu machen als 10 nm. Dementsprechend ist es notwendig, um eine große Oberfläche des Prüfkörpers 4 beobachten zu können, den Prüfkörper horizontal zu bewegen.

In den letzten Jahren ist ein Abtast-Elektronenmikroskop verwendet worden als Elektronenstrahl-Tester zum Beobachten der internen Abläufe in einer integrierten Schaltung. In einem Elektronenstrahl-Tester wird ein vollständiger hoch­ integrierter Schaltkreis als Prüfkörper verwendet, und dessen Arbeitszustand beobachtet. Dementsprechend treten Probleme auf, weil nämlich eine große Anzahl von Anschlußdrähten, die mit einem Prüfkörper verbunden sind, in eine Vakuumkammer geführt werden müssen, und weil der Prüfkörper horizontal in der Vakuumkammer bewegt werden muß. Kurz gesagt, hat der Elektronenstrahl-Tester den Nachteil, daß ein solcher Prüfkörper horizontal im Vakuum bewegt werden muß.

Aus der US-PS 43 76 249 ist es bei einem Elektronenstrahllitho­ graphiegerät bekannt, mit zusätzlichen Spulen in einer den Elektronenstrahl auf die Oberfläche eines Objekts fokussierenden Objektivlinse die optische Achse dieser Objektivlinse parallel zu dem durch Ablenkeinrichtungen abgelenkten Elektronenstrahl derart zu verschieben, daß die optische Achse der Objektivlinse mit der Achse des abgelenkten Elektronenstrahls zusammenfällt. Hierdurch ist die Bestrahlung eines größeren Bereichs des Objekts bei Anordnung der Objektivlinse nahe am Objekt möglich.

Ferner ist es aus der DE-AS 27 02 439 bei einem Elektronenstrahlgerät zu Herstellung integrierter Schaltungen bekannt, eine eine Maske auf die Oberfläche der integrierten Schaltung abbildende Linse mechanisch parallel zur Oberfläche der integrierten Schaltung so zu verschieben, daß ihre optische Achse mit der optischen Achse des Geräts zusammenfällt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gerät der eingangs genannten Art zu schaffen, in welchem ein Korpuskularstrahl in einem weiten Winkelbereich abgelenkt werden kann, um einen großen Oberflächenbereich des Prüfkörpers mit dem Korpuskularstrahl zu bestrahlen, ohne den Prüfkörper zu bewegen und ohne das Auflösungsvermögen zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Zusammenhang mit der Zeichnung beschrieben, darin zeigen:

Fig. 1 eine Schemaskizze, die einen Hauptteil eines Ausführungsbeispiels eines Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Hauptteils eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III der Fig. 2;

Fig. 4 und 5 Schnittansichten der Hauptteile anderer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine Ansicht, teilweise geschnitten und teilweise als Blockdiagramm, eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine Schnittansicht, welche ein Ausführungsbeispiel einer Platte 65 zum Halten des Prüfkörpers gemäß Fig. 6 zeigt;

Fig. 8 eine Schnittansicht eines Hauptteils eines weiteren Ausführungsbeispiels der vor­ liegenden Erfindung;

Fig. 9 eine Aufsicht, welche ein Beispiel der Meß­ karte 73 gemäß Fig. 8 darstellt;

Fig. 10 eine Schnittansicht entlang der Linie X-X der Fig. 9;

Fig. 11 eine Schemaskizze der Ablenkeinrichtung eines Elektronenstrahles in einem herkömmlichen Abtast- Elektronenmikroskop .

Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Abtast-Elektronenmikros­ kop als Beispiel eines Abtast-Korpuskularstrahlgeräts, in welchem die Bewegung einer Objektivlinse 3 mit der Verschiebung eines Elektronenstrahles 5 infolge seiner Ablenkung verbunden ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Abtasteinrichtung zur Ablenkung des Elektronen­ strahls zur Gewinnung eines abgetasteten Bildes einer Ober­ fläche eines Prüfkörpers von der Fig. 1 im Interesse einer kurzen Darstellung entfernt ist. Wie in der Fig. 1 zu sehen ist, ist die Objektivlinse 3 auf einem X-Schlitten 6 und einem Y-Schlitten 7 montiert und kann durch einen X-Schritt­ motor 21 und einem Y-Schrittmotor 22 in horizontale Rich­ tungen frei bewegt werden. Der Elektronenstrahl 5 wird ferner durch obere Ablenkeinrichtungen 23 und untere Ab­ lenkeinrichtungen 24 abgelenkt. Um die Position des Elek­ tronenstrahls 5 an der Oberfläche des Prüfkörpers 4 in X-Richtung zu bewegen, ist es notwendig, die Objektivlinse 3 zu bewegen. Dies bedeutet, daß eine gewünschte Anzahl von Impulsen durch einen X-Impulsgenerator 19 erzeugt werden, daß diese Impulse durch einen X-Bewegungsverstärker 18 verstärkt werden, und daß der X-Schrittmotor 21 durch die verstärkten Impulse angetrieben wird, um den X-Schlitten 6 in die X-Richtung zu bewegen, und zwar in Übereinstimmung mit der Anzahl der Umdrehungen des Schrittmotors 21. Ent­ sprechend der Konstruktion des X-Schlittens 6 gibt es eine lineare Beziehung zwischen der Anzahl der Impulse und der Bewegungsstrecke des X-Schlittens 6. Eine X-Ablenkplatte 9 der oberen Ablenkeinrichtungen 23 ist mit einem X-Ab­ lenkverstärker 13 verbunden, welcher eine Ausgangsspannung liefert, die proportional zu der Anzahl der Impulse ist, die von dem X-Impulsgenerator 19 zugeführt werden. Des weiteren ist eine X-Ablenkplatte 11 der unteren Ablenk­ einrichtungen 24 mit einem anderen X-Ablenkverstärker 15 ver­ bunden, welcher eine Ausgangsspannung liefert, die pro­ protional ist der Anzahl der Impulse, welche von dem X-Impulsgenerator 19 zugeführt werden. Es sei darauf hingewiesen, daß der X-Ablenkverstärker 13 die Ausgangs­ spannung zum Ablenken des Elektronenstrahls 5 in der X- Richtung liefert und der X-Ablenkverstärker 15 liefert die Ausgangsspannung zum Ablenken des Elektronenstrahls 5 in einer Richtung entgegengesetzt zu der X-Richtung. Der Ablenkwinkel des Elektronenstrahls, der durch die X-Ablenkplatte 9 bewirkt wird, ist gleich dem absoluten Wert des Ablenkwin­ kels des Elektronenstrahls, der durch die X-Ablenkplatte 11 bewirkt wird. Demgemäß ist die Position, bei welcher der Elektronenstrahl eine horizontale Ebene schneidet, die unterhalb der unteren Ablenkeinrichtungen 24 liegt, in X-Richtung von einer Position beabstandet, in der der nicht abgelenkte Elektronenstrahl diese horizontale Ebene schnei­ det, d.h. der Elektronenstrahl 5 erfährt eine parallele Verschiebung in der X-Richtung, entsprechend der Anzahl von Impulsen, die von dem X-Impulsgenerator 19 zugeführt wer­ den. Die Ablenkung des Elektronenstrahls 5, die bei jeder der oberen und unteren Ablenkeinrichtungen 23 und 24 be­ wirkt wird, ist justiert, so daß die Summe der obigen parallelen Verschiebung gleich der Bewegungsstrecke des X-Schlittens 6 in der X-Richtung ist, und deshalb kann der Elektronenstrahl 5 immer der Bewegung der Objektivlinse 3 in der X-Richtung folgen. In gleicher Weise zur paralle­ len Verschiebung des Elektronenstrahls 5 in der X-Rich­ tung erfährt der Elektronenstrahl 5 eine parallele Ver­ schiebung entsprechend der Bewegung der Objektivlinse 3 in der Y-Richtung mit der Hilfe eines Y-Impulsgenerators 20, eines Y-Bewegungsverstärkers 18, von Y-Ablenkplatten 10 und 12, Y-Ablenkverstärkern 14 und 16 und anderen. Mit der vorbe­ schriebenen Bauweise kann eine Position, in der der Prüf­ körper 4 mit dem Elektronenstrahl bestrahlt wird, frei auf der Oberfläche des Prüfkörpers bewegt werden, während die anfängliche Richtung des Elektronenstrahls parallel zu einer Z-Richtung aufrecht erhalten wird, indem die X- und Y-Impulsgeneratoren 19 und 20 betätigt werden.

Obwohl elektrostatische Ablenkeinrichtungen 23 und 24 in der Fig. 1 gezeigt sind, kann der Elektronenstrahl 5 auch durch elektromagnetische Ablenkeinrichtungen abgelenkt werden. Ferner können Ablenkplatten 9′, 10′, 11′ und 12′, die in der Fig. 1 auf Masse gelegt sind, verwendet werden, um zu bewirken, daß der Elektronenstrahl 5 eine Abtast­ operation durchführt. In diesem Fall, wird die Ablenkung des Elektronenstrahls 5 in Folge der Ablenkplatte 9′, in ent­ gegengesetzter Richtung der Ablenkung in Folge der Ablenk­ platte 11′ ausgeführt, und die Ablenkung in Folge der Ab­ lenkplatte 10′ ist entgegengesetzt der Richtung der Ab­ lenkung in Folge der Ablenkplatte 12′. Des weiteren wird der Ablenkwinkel, welcher durch die Ablenkplatte 11′ bewirkt wird, größer ausgeführt als der Ablenkwinkel, der auf der Ablenkplatte 9′ basiert, und der Ablenkwinkel, welcher auf der Ablenkplatte 12′ basiert, wird größer gemacht als der Ablenkwinkel, welcher auf der Ablenkplatte 10′ basiert, um zu bewirken, daß der Elektronenstrahl 5 so abgelenkt wird, als ob der Elektronenstrahl um den Mittelpunkt der Objektiv­ linse 3 geschwenkt werden würde.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht, welche ein Hauptteil eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt und Fig. 3 ist eine Schnittansicht, entlang der Linie III-III der Fig. 2 gesehen. In Fig. 3 zeigt die schraffierte Fläche den Querschnitt eines zylin­ drischen Vakuumbehälters an. In der gezeigten Ausführungs­ form kann die Objektivlinse 3 nicht nur in horizontaler Richtung bewegt werden, sondern auch in einer senkrechten Richtung. Es ist überflüssig zu sagen, daß die parallele Verschiebung des Elektronenstrahls 5 mit der horizontalen Bewegung mit der Objektivlinse 3 gekoppelt ist. Der Prüf­ körper 4 ist mit einem Prüfkörperhalter 30 verbunden, welcher an einem offenen Endteil eines zylinderischen Vakuumbehälters 26 durch die Vakuumdichtung 31 befestigt ist. Wenn die Objektivlinse 3 nur eine horizontale Bewegung ausführen kann, ist es notwendig, die Höhe des Prüfkörpers 4 innerhalb eines Bereiches von 0 bis 1 mm einzustellen.

In einigen Fällen, ist es jedoch schwierig, die Höhe des Prüfkörpers 4 einzustellen. Angesichts der vorerwähnten Tatsache ist die vorliegende Ausführungsform mit einem Z-Schlitten 27 versehen, zusätzlich zu dem X-Schlitten 6 und dem Y-Schlitten 7. Der Z-Schlitten 27 wird vertikal entlang der Seitenwand einer Basis 28 bewegt durch die Hilfe eines Z-Impulsmotors 29. In dieser Ausführungsform, ist die Objektivlinse 3 mit dem Vakuumbehälter 26 durch vier Faltenbälge 25 verbunden, die sich von der Objektiv­ linse 3 aus in radiale Richtungen erstrecken; und es sind bewegliche Wellen zur Bewegung der Objektivlinse in die Faltenbälge 25 eingeschoben, um an der Objektivlinse 3 befestigt zu werden. Dadurch kann die Objektivlinse 3 in dem Vakuum bewegt werden. Sekundäre Elektronen, die von diesem Teil der Oberfläche des Prüfkörpers emittiert werden, welcher mit dem Elektronenstrahl 5 bestrahlt wird, durch­ laufen das magnetische Feld der Objektivlinse 3 und werden dann durch einen Sekundär-Elektronendetektor erfaßt, welcher aus einem Szintillator 35, welcher über der Objektivlinse 3 angeordnet ist, einer Lichtführung 36 und einem Fotover­ stärker 37 besteht. Der Szintillator 35 wird mit einer hohen Spannung beaufschlagt (zum Beispiel 10 kV) durch eine Durchführung 46, um sekundäre Elektronen 48 anzuziehen. Das Ausgangs­ signal des sekundären Elektronendetektors wird verwendet, um ein Bild der Oberfläche des Prüfkörpers zu bilden. Die Methode der Bildung eines solchen Bildes ist bekannt, und eine Erläuterung dessen ist deshalb überflüssig. In der vorliegenden Ausführungsform ist der sekundäre Elektronen­ detektor über der Objektivlinse 3 angeordnet. Der sekundäre Elektronendetektor kann jedoch auch zwischen der Objektiv­ linse 3 und dem Prüfkörper 4 angeordnet werden. Wie in Fig. 3 ferner gezeigt ist, ist eine bewegliche Welle 32 an dem X-Schlitten 6 befestigt und wird durch den X-Schritt­ motor 21 angetrieben. Weiterhin ist eine bewegliche Welle 33 an dem Y-Schlitten 7 der Fig. 2 befestigt und durch den Y-Schrittmotor 22 angetrieben.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die ein Hauptteil eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt. Bei dieser Ausführungsform wird der sekun­ däre Elektronendetektor zusammen mit der Objektivlinse 3 bewegt, um einen Wechsel in der Effizienz der Erkennung der Sekundärelektronen zu verhindern, welcher durch die Bewegung mit der Objektivlinse 3 bewirkt wird. Wie in Fig. 4 zu sehen ist, kann die Objektivlinse 3 auf einer Grundplatte 41 gleiten, welche gegen das offene Endteil des zylindrischen Vakuumbehälters 26 durch die Vakuum­ dichtung 42 stößt. Die Bewegung der Objektivlinse 3 wird durch Drehsteuerungen 39 und 40 eingestellt. Jede der Steuerungen 39 und 40 ist in die Innenseite des Vakuum­ behälters 46 duch eine O-Ringdichtung oder Flüssig- Metalldichtung eingeschoben. Ein Ende der Lichtführung 36, die als optische Faser ausgeführt wird, ist an der Objek­ tivlinse 3 durch eine Befestigungsplatte 34 befestigt. Der Szintillator 35 ist an einer Endfläche derLichtführung 36 mon­ tiert und wird mit einer Spannung beaufschlagt, um die Sekundär­ elektronen anzuziehen und zu beschleunigen, wobei diese Spannungs-Beaufschlagungsmittel in der Fig. 4 nicht darge­ stellt sind. Das andere Ende der Lichtführung 36 ist an dem zylindrischen Vakuumbehälter 26 befestigt. Ein Foto­ signal, welches die Lichtführung 36 durchlaufen hat, wird durch den Fotoverstärker 37 erfaßt, dessen Ausgang als Videosignal verwendet wird. Ein Energieanalysator (oder ein Energiefilter) 38 für die Sekundärelektronen ist über der Objektivlinse 3 angeordnet. Das elektrische Potential dieser Postition der Prüfkörperoberfläche, welche durch den Elek­ tronenstrahl 5 bestrahlt wird, kann unter Verwendung des Energieanalysators 38 gemessen werden. D.h., daß die Po­ tentialverteilung eines LSI (d.h. ein hochintegrierter Schaltkreis) gemessen werden kann, indem ein solcher Energieanalysator verwendet wird. Beim vorliegenden Aus­ führungsbeispiel ist die Grundplatte 44 eines LSI an der Grundplatte 41 durch einen Dichtungsgummi 43 befestigt und der LSI wird durch eine Antriebsquelle 45 betätigt.

Wie vorstehend erwähnt, ist die vorliegende Ausführungs­ form mit dem Energieanalysator 38 für sekundäre Elektronen versehen. In einem Fall, in dem es unnötig ist, das Po­ tential des Prüfkörpers zu messen, kann jedoch der Energie­ analysator 38 entfallen.

Fig. 5 ist ein Querschnitt, welcher einen Hauptteil eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt. In diesem Ausführungsbei­ spiel werden die Objektivlinse 3 und eine untere Ablenk­ spule 98 (entsprechend der zweiten Ablenkeinrichtung 2 der Fig. 11) als ein Körper bewegt. Gleichzeitig ist eine obere Ablenkspule 97 (entsprechend der ersten Ablenkein­ richtung 1 in Fig. 11) an dem zylindrischen Vakuumbehälter 26 befestigt. Bei dieser Bauweise kann, selbst wenn der Elektronenstrahl 5 um einen großen Grad durch die obere Ablenkspule 97 abgelenkt wird, der Elektronenstrahl 5 durch die Mitte der unteren Ablenkspule 98 laufen, so daß eine optimale Bedingung aufrechterhalten wird. Diese Ausfüh­ rungsform ist ferner mit einem Detektor 47 versehen, wel­ cher die Form einer flachen Platte hat, um sekundäre Elek­ tronen zu erfassen, z. B. eine Kanalplatte oder einen Halb­ leiterdetektor. Ein derartiger Detektor kann nur mit flexiblen Leitungsdrähten mit einem festen Teil verbunden sein, so daß es einfach ist, die Objektivlinse 3 zu bewegen.

Fig. 6 ist eine Ansicht, die teilweise geschnitten und teil­ weise als Blockdarstellung ausgeführt ist und zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel werden die untere Ablenkspule 98, die Kanalplatte 47 zum Erkennen der Sekundärelektronen, der Energieanalysator 38 und die Objektivlinse 3 alle als ein Körper bewegt. Ein Mechanismus zum Bewegen dieser Teile ist in der Fig. 6 nicht darge­ stellt, um diese zu vereinfachen. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist eine obere Abtastspule 61 und die obere Ablenk­ spule 97 an dem gleichen Platz angeordnet, und eine untere Abtastspule 62 und die untere Ablenkspule 98 sind ebenfalls an dem gleichen Platz angeordnet. Es ist klar, daß die Betätigung der oberen und der unteren Ablenkspu­ len 97 und 98 mit der Bewegung der Objektivlinse 3 ge­ koppelt sind. Der Elektronenstrahl 5 wird auf dem Prüfkörper 4 durch die Objektivlinse 3 fokussiert, und die Abtastspulen 61 und 62 bewirken, daß der Elektronenstrahl 5 eine Ab­ tastung des Prüfkörpers 4 ausführt, um ein Bild der abge­ tasteten Fläche der Oberfläche des Prüfkörpers zu erhalten. Wie in Bezug auf das Gerät gemäß Fig. 1 erläutert wur­ de, wird bei einem Abtasten der Elektronenstrahl 5 so abgelenkt, als ob der Elektronenstrahl um die Mitte der Objektivlinse 3 geschwenkt werden würde. Eine zusätzliche Objektivlinse 49 ist auf bzw. an der oberen Ablenkspule 97 angeordnet. Die zusätzliche oder Hilfs-Objektivlinse 49 und die Ob­ jektivlinse 3 werden üblicherweise als Tandem betätigt, um parallele Elektronenstrahlen zwischen den Linsen 49 und 3 zu bilden. Z. B., in dem Fall, wo die Objektivlinse 3 sich in einem ausgeschalteten Status befindet, und der Elektronenstrahl 5 auf dem Prüfkörper 4 nur durch die Hilfs-Objektivlinse 49 fo­ kussiert ist, wirkt die vorliegende Ausführungsform als ein Mikroskop mit mehrfach zehnmaliger Vergrößerung. In diesem Fall, z.B., wird die obere Abtastspule 61 in einen ausgeschal­ teten Status gebracht, und nur die untere Abtastspule 62 wird verwendet, um zu bewirken, daß der Elektronenstrahl 5 eine Abtastoperation ausführt. Die Energieselektion wird für Sekundärelektronen, welche von dem Prüfkörper 4 emit­ tiert werden, durch den Energieanalysator 38 ausgeführt, und die selektierten Sekundärelektronen werden durch die Kanalplatte 47 detektiert. Die vorliegende Ausführungs­ form kann ausgebildet werden, um bei einem Stroboskop-Abtast-Elektronenmikroskop (d.h. einem Elektronenstrahl-Tester) verwendet zu werden, um ein Stro­ boskopbild der Oberfläche des Prüfkörpers zu erhalten, oder um die Potentialverteilung auf der Oberfläche des Prüf­ körpers zu messen (siehe IEEE Journal of solid state cir­ cuits, Band SC-13, Nr. 3, 1978, S. 319-325). Die vorliegende Ausfüh­ rungsform wird des weiteren mit Ablenkplatten 51 und 50 versehen, um den Elektronenstrahl 5 pulsieren zu lassen. Die Ablenkplatte 51 wird mit einer hochfrequenten Span­ nung beaufschlagt, welche zwischen +2,5 V und -2,5 V os­ zilliert, um zu bewirken daß der Elektronenstrahl 5 zu einer Blende 63 geht und zurückkehrt, welche eine kleine Öffnung hat. Nur wenn sich der Elektronenstrahl 5 über der Öffnung bewegt, kann der Elektronenstrahl durch die Blende 63 hindurchtreten. Die Ab­ lenkplatte 50 wird mit einer anderen hochfrequenten Span­ nung beaufschlagt, welche zwischen 0 V und 5 V oszilliert, und ist um 90° bezüglich der hochfrequenten Spannung pha­ senverschoben, die an der Ablenkplatte 51 anliegt. Auf diese Weise tritt nur ein pulsierender Elektronenstrahl durch die Blende 63 innerhalb einer Periode der Hochfrequenzenspannung. Eine Ablenkeinrichtung 52 wird ver­ wendet, um den Elektronenstrahl 5 auszurichten, wobei die­ se aus einer X-Ablenkeinrichtung und einer Y-Ablenkein­ richtung besteht. Ein Feldemitter 57, der als Elektronen­ quelle dient, wird z. B. als Wolfram -Draht ausgeführt, welcher zu einer scharfen Spitze verjüngt ist, oder kann hergestellt werden, in dem Titan oder Zirkonium in den Wolf­ ram-Draht diffundiert werden. Der Feldemitter 57 ist mit einer Heizquelle 58 verbunden, um einer blitzartigen oder kontinuierlichen Erwärmung unterworfen zu werden.

Eine erste Anode 54 steht dem Feldemitter 57 gegenüber und ist mit einer Spannungsquelle 59 für die Feldemission verbunden, um ein starkes Feld in der Nähe der scharfen Spitze des Feldemitters 57 zu bilden, wodurch Elektronen von der scharfen Spitze emittiert werden. Die emittierten Elektronen werden durch eine Beschleunigungsspannung be­ schleunigt, welche von einer Beschleunigungs-Spannungs­ quelle 60 zugeführt wird, und welche zwischen dem Feld­ emitter 57 und einer zweiten Anode 64 angelegt wird. Die erste Anode 54 und die zweite Anode 64 wirken als Polteile einer elektromagnetischen Linse 53, welche als Kondensor­ linse verwendet wird. Da die erste Anode 54 mit einer hohen Spannung für die Feldemission beaufschlagt wird, ist ein Isolator 65 zwischen der ersten Anode 54 und der Kondensorlinse 53 vorgesehen. Der Elektronenstrahl 5, welcher von dem Feldemitter 57 emittiert wird, wird auf den Mittelpunkt eines Deflektors fokussiert, welcher aus der Deflektorplatte 51 und einer dieser gegenüber angeord­ neten Deflektorplatte besteht, und zwar durch die Kondensor­ linse 53. Der Prüfkörper 4 wird auf einer Prüfkörper-Halte­ platte 65 montiert, und es kann eine gewünschte Spannung an dem Prüfkörper 4 durch Anschlüsse 67 angelegt werden, welche an der Außenseite einer Vakuumkammer vorgesehen sind.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Prüfkörper-Halte­ platte 65 gemäß Fig. 6. Wie in Fig. 7 zu sehen ist, ist ein Sockel 68 auf einem isolierenden Substrat 72 montiert und gemäß den Anschlüssen 67 durch Leitungsdrähte 69 ver­ bunden. Die Leitungsdrähte 69 sind durch Durchführungsöff­ nungen in dem Substrat 72 geführt, und die Durchführungs­ öffnungen werden mit einem Klebstoff gefüllt, um luft­ dicht abgedichtet zu sein. Das Gehäuse 44 eines LSI, wel­ cher ein Prüfkörper ist, ist in den Sockel 68 eingeschoben. Die Anschlüsse 67 sind z.B. mit dem Testkopf eines IC Te­ sters verbunden, welcher außerhalb der Vakuumkammer ange­ ordnet ist, und zwar mittels Stiften 70.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungs­ beispiel wird verwendet, um IC′s zu testen, die auf einem Halbleiter-Wafer gebildet sind. In Fig. 8 hat das Teil 87 zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, welches über der Objektivlinse 3 angeordnet ist, den gleichen Aufbau wie in der Ausführungsform gemäß Fig. 6. Des weiteren ist ein Mechanismus vorhanden, um die Objektivlinse 3 zu bewegen, die ähnlich zu jener ist, die in Fig. 2 gezeigt ist. Ein Merkmal dieser vorliegenden Ausführungsform besteht darin, daß eine Meßkarte 73 zum Aufbringen einer Spannung an ei­ nem Wafer 80 zwischen dem zylindrischen Vakuumbehälter 26 und einer Prüfkörperkammer 85 angeordnet ist. Die Spannung, welche dem Wafer 80 zugeführt wird, wird von einem IC-Trei­ ber 88 zugeführt, welcher auf der Außenseite des Vakuumbe­ hälters 26 angeordnet ist. Ein weiteres Merkmal der vor­ liegenden Ausführung besteht in dem nachfolgend beschrie­ benen Aufbau. Dieser besteht darin, daß der Wafer 80 an einem Wafer-Haltekörper 79 befestigt ist, welcher an einem Schlitten 78 befestigt ist. Der Schlitten 78 ist gleitend auf einem X-Schlitten 77 montiert, welcher gleitend auf einem Y-Schlitten 76 montiert ist. Der Y-Schlitten 76 ist glei­ tend auf einem Z-Schlitten 75 montiert, welcher vertikal an der vertikalen Wand einer festen Führung 74 gleiten kann. Da die vorbeschriebenen Bauteile in der Prüfkörper-Kammer untergebracht sind, kann eine Bedienungskraft einen ge­ wünschten IC auf dem Wafer 80 in eine Position bringen, welche durch den Elektronenstrahl 5 bestrahlt wird, indem er einen oder mehrere der Steuerungen 81 bis 84 dreht, die auf der Außenseite der Prüfkörper-Kammer 85 angeordnet sind, während sie ein abgetastetes Bild beobachtet. Es ist notwendig, darauf hinzuweisen, daß die vorherbeschriebene Be­ wegung des Wafers 80 ausgeführt werden kann, während die Prüfkörper-Kammer 45 unter Vakuum gehalten wird.

Fig. 9 ist eine Aufsicht, welche ein Beispiel einer Meß­ karte 73 gemäß Fig. 8 zeigt, und Fig. 10 ist ein Teilschnitt entlang der Linie X-X der Fig. 9. Unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 sind Leitungsdrähte 92 auf einem Substrat 91 vorgesehen, welches aus einem Kunstharz gefertigt ist, und zwar mittels der Technik der gedruckten Schaltung, und ein Ende jedes Anschlußdrahtes ist an einem Meßkopf 89 befestigt. Des weiteren ist ein Kunstharz 90, wie ein Epoxidharz, auf dem Substrat 91 vorgesehen, in Form einer Ring­ platte , welche als Vakuumdichtung verwendet werden kann, um einen Bereich, welcher von dem Harz 90 umgeben ist, von der Umgebung abzutrennen.

Wie mit Bezug auf die Fig. 1 bis 7 erläutert wurde, ist es bei den beschriebenen Abtast-Korpuskularstrahlgeräten über­ flüssig, einen Prüfkörper zu bewegen. Dementsprechend sind die hier beschriebenen Geräte geeignet, um einen Prüf­ körper zu untersuchen, welcher mit einer hohen Zahl von An­ schlußdrähten versehen ist, wie ein IC-Element, und sie sind einfacher im Aufbau der Prüfkörper-Halteeinrichtungen und der Prüfkörper-Kammer als herkömmliche Vorrichtungen.

Claims (10)

1. Abtast-Korpuskularstrahlgerät, welches enthält:
ein Strahlerzeugungssystem (54, 57, 58, 59, 60) zum Erzeugen und Beschleunigen von geladenen Korpuskeln zur Bildung eines Korpuskularstrahls (5) gewünschter kinetischer Energie;
ein Linsensystem (53, 49, 3) zum Fokussieren des Korpuskularstrahls (5) auf die Oberfläche eines Prüfkörpers (4, 80), welches zum mindestens eine sehr nahe an dem Prüfkörper angeordnete Objektivlinse (3) enthält;
Abtasteinrichtungen (9′, 10′, 11′, 12′; 61, 62) zum zweidimensionalen Abtasten der Oberfläche des Prüfkörpers; und
Detektoren (35, 36, 37; 47) zum Nachweis von sekundären Elektronen, reflektierten Elektronen, Röntgenstrahlen und Licht, welche alle von der Oberfläche des Prüfkörpers ausgehen:
gekennzeichnet durch
Einrichtungen zum Bewegen der Objektivlinse (6, 7, 32, 33, 21, 22, 17, 18, 19, 20; 39, 40) in einer Ebene parallel zur Oberfläche des Prüfkörpers; und
Ablenkeinrichtungen (9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 19, 20; 97, 98), welche mit den Einrichtungen zum Bewegen der Objektivlinse gekoppelt sind, derart, daß der Korpuskularstrahl (5) in der Weise abgelenkt wird, daß er an der Stelle der Objektivlinse eine zu seiner Achse parallele Verschiebung um einen Betrag erfährt, der der Bewegungsstrecke der Objektivlinse entspricht.

2. Gerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (27, 29) zum Bewegen der Objektivlinse (3) in einer Richtung senkrecht zu der Ebene parallel zur Oberfläche des Prüfkörpers vorgesehen sind.

3. Gerät gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtungen über der Objektivlinse (3) angeordnet sind und aus oberen Ablenkeinrichtungen (9, 10, 13, 14, 19, 20; 97) und unteren Ablenkeinrichtungen (11, 12, 15, 15, 19, 20; 98) bestehen und daß die oberen Ablenkeinrichtungen und die unteren Ablenkeinrichtungen den Korpuskularstrahl (5) in entgegengesetzter Richtung um einen Betrag ablenken, welcher der Bewegungsstrecke der Objektivlinse entspricht, so daß der Korpuskularstrahl eine Parallelverschiebung bezüglich der Objektivlinse erfährt und durch den Mittelpunkt der Objektivlinse verläuft.

4. Gerät gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtungen aus oberen Abtasteinrichtungen (9′, 10′; 61) und aus unteren Abtasteinrichtungen (11′, 12′; 62) bestehen, wobei jede aus einer elektrostatischen Abtasteinrichtung und einer elektromagnetischen Abtasteinrichtung gebildet ist, und daß jeder dieser oberen Abtasteinrichtungen und dieser unteren Abtasteinrichtungen eine Abtastspannung oder ein Abtaststrom zugeführt wird und der Ablenkspannung und dem Ablenkstrom überlagert wird, welche oder welcher den elektrostatischen oder elektromagnetischen Ablenkeinrichtungen zugeführt wird und welche oder welcher der Bewegungsstrecke der Objektivlinse entspricht, so daß der Korpuskularstrahl eine Parallelverschiebung an der Stelle der Objektivlinse um einen Betrag ausführt, welcher der Bewegungsstrecke der Objektivlinse entspricht, und in Abhängigkeit von der Größe der Abtastspannung oder des Abtaststromes so abgelenkt wird, daß der Korpuskularstrahl um den Mittelpunkt der Objektivlinse geschwenkt wird.

5. Gerät gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (35, 47) gemeinsam mit der Objektivlinse (3) als ein Körper bewegbar sind (Fig. 4 und 5).

6. Gerät gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Energiefilter (38) für die Sekundärelektronen zwischen den Detektoren (35, 47) und der Objektivlinse (3) angeordnet ist.

7. Gerät gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Ablenkeinrichtungen (98) gemeinsam mit der Objektivlinse (3) als ein Körper bewegbar sind (Fig. 6).

8. Gerät gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Abtasteinrichtungen (62) gemeinsam mit der Objektivlinse (3) als ein Körper bewegbar sind (Fig. 6).

9. Gerät gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Objektivlinse (49) über den oberen Ablenkeinrichtungen (97) angeordnet ist (Fig. 6).

10. Gerät gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Objektivlinse (49) über den oberen Abtasteinrichtungen (61) angeordnet ist.