DE3921179A1 - Korpuskularstrahlgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Korpuskularstrahlgerät, insbesondere ein Elektronenstrahlgerät, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei der Untersuchung und Abbildung großflächiger Proben, etwa integrierter Schaltkreise (IC),im Rasterelektronenmikroskop (REM) oder in Elektronen­ strahltestern ist es erforderlich, die Probe mecha­ nisch zu verschieben, da der abbildende Elektronen­ strahl nicht weit genug von der optischen Achse aus­ gelenkt werden kann, ohne daß hierbei die optischen Eigenschaften verschlechtert werden.

Außeraxiale Linsenfehler sowie Ablenkfehler vergrößern die Sonde dann beträchtlich. So nimmt beispielsweise der Sondendurchmesser allein aufgrund der Bildfeld­ wölbung der Objektivlinse quadratisch mit dem Abstand von der optischen Achse zu. Hinzu kommen andere Aberrationen, wie Koma, Astigmatismus, Verzeichnung sowie Ablenkfehler.

Mit den bisher gebräuchlichen Rasterelektronenmikros­ kopen und Elektronenstrahltestern können lediglich Objektbereiche von einigen hundert µm² nahe der optischen Achse mit gleichbleibender Bildqualität abgebildet werden. Sollen entferntere Bereiche darge­ stellt werden, so muß der interessierende Bereich zunächst mechanisch in die optische Achse des Elektronenstrahlgerätes gebracht werden.

Besonders beim Elektronenstrahltest von elektrisch betriebenen ICs bereitet dies Probleme, da mit dem IC auch alle elektrischen Zuleitungen verschoben werden müssen. Da es sich hierbei um mehrere hundert Koaxialleitungen handeln kann, treten bei der Ver­ schiebung erhebliche Kräfte auf. Um trotzdem eine präzise Verschiebung zu gewährleisten, müssen an den Probetisch erhebliche Anforderungen gestellt werden. Ähnliches gilt beim Test von Schaltungen auf Wafern. Hierbei erfolgt die Kontaktierung über Nadelkarten, wobei zur Untersuchung achsferner Bereiche die Sand­ wichanordnung Wafer-Nadelkarte mit ihren Zuleitungen verschoben werden muß.

Zur Vermeidung der genannten Probleme könnte man daran denken, den Ablenkbereich durch Kompensation der Linsenfehler zu vergrößern. In der Elektronen­ lithografie hat man zu diesem Zweck zusammengesetzte Systeme entwickelt, die aus einer magnetischen Objektivlinse und geeignet angebrachten und geformten Ablenkelementen bestehen, so daß die Linsenfehler kompensiert und Ablenkbereiche von einigen mm² mit gleichbleibender Bildqualität erreicht werden. Derartige Systeme sind jedoch außerordentlich auf­ wendig, wobei ihr Einsatz wegen ihres beschränkten Ablenkbereiches nur in bestimmten Anwendungsfällen möglich ist.

Bei Elektronenstrahltestern ist es weiterhin bekannt, die elektronenoptische Säule zu verschieben, um größere Bereiche der Probe mit gleichbleibender Bildqualität untersuchen zu können. Es bedingt jedoch einen hohen mechanischen Aufwand, eine ganze elektro­ nenoptische Säule über große Bereiche präzise zu ver­ fahren. Probleme bereiten hier zum einen die große Masse der zu bewegenden Säule und zum anderen der flexible und vakuumdichte Übergang zwischen der ver­ schiebbaren Säule und der die Probe beherbergenden, feststehenden Probenkammer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Ausführungen ein Korpuskularstrahlgerät, insbesondere ein Elektro­ nenstrahlgerät, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1 so auszubilden, daß eine genaue Untersuchung (Abbildung und/oder Messung) großflächi­ ger Proben ohne mechanische Verschiebung der Probe möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kenn­ zeichnende Merkmal des Anspruches 1 gelöst. Zweck­ mäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung geht somit von einem Gerät aus, das als Objektivlinse eine Einzelpolschuhlinse (sogenannte single polepiece lens) verwendet, die auf der der Einfallrichtung des Strahles abgewandten Seite der Probe derart angeordnet ist, daß sie den Strahl auf die Probe fokussiert. Erfindungsgemäß ist diese Objektivlinse in einer senkrecht zur Strahlachse verlaufenden Ebene verschiebbar, so daß der Strahl auf jeden Punkt der Probe fokussiert werden kann. Die Abbildung erfolgt dabei immer mit achsennahen Strahlen, da die Objektivlinse zum interessierenden Probenpunkt gefahren wird.

Das erfindungsgemäße Gerät zeichnet sich damit durch einen einfachen Aufbau der elektronenoptischen Säule aus, wobei die meisten Teile der Säule sowie die Probe selbst fest angeordnet sind und lediglich die Objektivlinse verschiebbar vorgesehen ist.

Zweckmäßig wird die Objektivlinse außerhalb des Vakuumsystems der Probenkammer angeordnet, was eine besonders einfache Verschiebung der Objektivlinse ermöglicht.

Da die Abbildung jeder Probenstelle mit achsennahen Strahlen erfolgt, wird unabhängig von der gewählten Probenstelle stets eine gleich gute Auflösung erreicht.

Die erreichbare Auflösung ist besonders deshalb sehr gut, da die Einzelpolschuhlinse eine kurzbrennweitige Linse mit sehr kleinen axialen Aberrationskoeffizien­ ten (Öffnungs- und Farbfehlerkoeffizienten) ist und damit ein qualitativ sehr hochwertiges elektronenopti­ sches Objektiv darstellt.

Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Lösung für die Untersuchung von Wafern, die sehr flach sind und bei denen die elektrische Ansteuerung von oben über Nadeladapter erfolgt.

Da oberhalb der Probe (d. h. auf der der Einfall­ richtung des Strahles zugewandten Seite der Probe) keine körperliche Linse ist, steht sehr viel Platz für die Unterbringung von Elektronenspektrometern und Detektoren zur Verfügung.

Zwischen dem Strahlerzeuger und der Probe, vorzugs­ weise in der Probenkammer, kann wenigstens ein Detektor zum Nachweis von Sekundär- und/oder Rückstreu­ elektronen vorgesehen sein. Hierbei kann es sich auch um Mehrquadrantendetektoren oder um Detektoren handeln, die nach Art eines Wienfilters arbeiten.

Zwischen dem Strahlerzeuger und der Probe kann ferner - vorzugsweise in der Probenkammer - ein Elektronen­ spektrometer vorgesehen sein, mit dem elektrische Poten­ tiale auf der Probenoberfläche gemessen werden können.

Die elektronenoptische Anordnung kann lediglich aus der Elektronenquelle bestehen, also keine Kondensorlinsen enthalten. Stattdessen ist es im Rahmen der Erfindung je­ doch auch möglich, zwischen dem Strahlerzeuger und der Probe wengistens eine Kondensorlinse anzuordnen.

Der Strahlerzeuger kann bei einem Elektronenstrahlgerät durch eine thermische Wolfram-Haarnadelkathode, eine LaB₆-Kathode, eine Feldemissionskathode oder eine andere Elektronenquelle, wie beispielsweise eine Photoelektro­ nenquelle, gebildet werden.

Zur achsparallelen Einstrahlung in die Objektivlinse findet zweckmäßig ein zweistufiges Ablenksystem Verwen­ dung.

Eine zentrische Einstrahlung in die Objektivlinse ist aber auch mit einem einstufigen Ablenksystem zu erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch veranschaulicht.

Das in Fig. 1 ganz schematisch dargestellte erfindungsge­ mäße Elektronenstrahlgerät enthält in einem evakuierbaren Gehäuse 1 einen in einer Emissionskammer 2 angeordneten Strahlerzeuger 3 sowie in einer Probenkammer 4 eine Hal­ terung 5 für eine zu untersuchende Probe 6.

Zwischen dem Strahlerzeuger 3 und der Probe 6 ist eine Kondensorlinse 7 angeordnet.

In der Probenkammer 4 befindet sich ferner ein Sekundärelektronendetektor 8.

Außerhalb des Vakuumsystems der Probenkammer 4 befin­ det sich unter dem Gehäuse 1 eine Objektivlinse 9, die als Einzelpolschuhlinse ausgebildet ist und in einer senkrecht zur Strahlachse 10 verlaufenden Ebene längs der Koordinaten x, y verschiebbar ist.

Die Objektivlinse 9, die auf der der Einfallrichtung des Strahles abgewandten Seite der Probe 6 angeordnet ist, fokussiert den Elektronenstrahl auf die Probe 6. Durch Verschieben der Objektivlinse 9 in x-, y-Richtung (d.h. senkrecht zur Strahlachse 10), können alle Bereiche einer großflächigen Probe genau mit achsnahen Strahlen abgebildet werden.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen zwei unterschied­ liche Justier- und Rasterablenkungen bei dem erfin­ dungsgemäßen Gerät.

Gemäß Fig. 2 findet ein zweistufiges Ablenksystem 11 Verwendung, um eine achsparallele Einstrahlung in das Feld der Objektivlinse 9 zu erzielen.

Fig. 3 zeigt ein einstufiges Ablenksystem 12, mit dem eine zentrische Einstrahlung in das Feld der Objektiv­ linse 9 erreicht wird.

Claims (8)

1. Korpuskularstrahlgerät, insbesondere Elektronen strahlgerät, enthaltend

• a) eine evakuierbare Emissionskammer (2) mit einem Strahlerzeuger (3),
• b) eine evakuierbare Probenkammer (4) mit einer Halterung (5) zur Aufnahme einer Probe (6)
• c) sowie eine als Einzelpolschuhlinse ausgebildete Objektivlinse (9),die auf der der Einfallrich­ tung des Strahles abgewandten Seite der Probe (6) derart angeordnet ist, daß sie den Strahl auf die Probe fokussiert, dadurch gekennzeichnet, daß
• d) die Objektivlinse (9) in einer senkrecht zur Strahlachse (10) verlaufenden Ebene verschiebbar ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektivlinse (9) außerhalb des Vakuumsystems der Probenkammer (4) angeordnet ist.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Strahlerzeuger (3) und der Probe (6), vorzugsweise in der Probenkammer (4), wenigstens ein Detektor (8) zum Nachweis von Sekundär- und/ oder Rückstreuelektronen vorgesehen ist.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Strahlerzeuger (3) und der Probe (6), vorzugsweise in der Probenkammer (4), ein zur Messung elektrischer Potentiale auf der Proben­ oberfläche dienendes Elektronenspektrometer ange­ ordnet ist.

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Strahlerzeuger (3) und der Probe (6) wenigstens eine Kondensorlinse (7) angeordnet ist.

6. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlerzeuger (3) durch eine thermische Wolfram-Haarnadelkathode, eine LaB₆-Kathode oder eine Feldemissionskathode gebildet wird.

7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweistufiges Ablenksystem zur parallelen Einstrahlung in die Objektivlinse (9) vorgesehen ist.

8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstufiges Ablenksystem zur zentrischen Einstrahlung in die Objektivlinse (9) vorgesehen ist.