DE602004012056T2

DE602004012056T2 - Fokussierlinse für Strahlen geladener Teilchen

Info

Publication number: DE602004012056T2
Application number: DE602004012056T
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Feuerbaum
Original assignee: ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft fuer Halbleiterprueftechnik mbH
Current assignee: ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft fuer Halbleiterprueftechnik mbH
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2024-01-22
Also published as: DE602004012056D1; JP2007519194A; WO2005071708A2; EP1557867B1; US7652263B2; JP4828433B2; US20070262255A1; EP1557867A1; WO2005071708A3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fokussierlinse zum Fokussieren eines geladenen Teilchenstrahls, insbesondere für Elektronenstrahlen von Elektronenmikroskopen oder Innenstrahlen von fokussierenden Ionenstrahlgeräten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Geräte für einen geladenen Teilchenstrahl wie Elektronenmikroskope, fokussierende Ionenstrahlgeräte oder Erzeuger von Elektronenstrahlmustern werden benötigt, um eine immer weiter steigende, räumliche Auflösung zum Untersuchen oder Strukturieren von Spezimen wie Halbleiterwafer, Masken, biologische Spezimen und dergleichen zu liefern. Eine hohe räumliche Auflösung kann nur erreicht werden, wenn die Größe des Fokussierpunktes des geladenen Teilchenstrahls hinreichend klein ist. Einen geladenen Teilchenstrahl auf eine kleine Punktgröße zu fokussieren, erfordert hingegen eine strenge Kontrolle der fokussierenden elektrischen und/oder magnetischen Felder.
Leider kann in der Praxis jede leitende Komponente in der Nähe des geladenen Teilchenstrahls eine Quelle für die Störung eines fokussierenden elektrischen Feldes sein. Deshalb kann die Fokussierqualität der geladenen Teilchenstrahlquelle leiden, so oft eine Komponente in der Nähe des geladenen Teilchenstrahls bezüglich des Strahls während des Betriebes bewegt wird.
Störungen des elektrischen Feldes entstehen auch, wenn das Spezimen selbst bewegt wird. Diese Situation ergibt sich, wenn z. B. das Gerät für einen geladenen Teilchenstrahlen benutzt wird, um ein Spezimen unter verschiedenen Auftreffwinkeln zu untersuchen oder zu strukturieren. Der Auftreffwinkel bezieht sich auf den Winkel zwischen der untersuchten oder strukturierten Oberfläche des Spezimen und der Richtung des einfallenden (Primär-)Strahls geladener Teilchen. Ein Spezimen unter verschiedenen Auftreffwinkeln zu untersuchen kann die Information über die Oberfläche des Spezimen wie Oberflächentopologie, chemische Oberflächenstruktur usw. erheblich steigern.
Normalerweise wird der Auftreffwinkel durch Mittel irgendeines Kippmechanismus eingestellt, der das Gerät für einen geladenen Teilchenstrahl bezüglich der Oberfläche des Spezimen neigt. 1a und 1b zeigen ein Beispiel, in dem ein Halbleiterwafer 3 von einem Rasterelektronenmikroskop 1 (REM) unter zwei verschiedenen Auftreffwinkeln 42 untersucht wird. In 1a wird das Spezimen 3 unter einem ersten Auftreffwinkel 42 von 90° Grad untersucht, während in 1b das Spezimen unter einem zweiten Auftreffwinkel 42 von 45° Grad untersucht wird. Dabei ist zu bemerken, dass, während in 1a–b das REM 1 gekippt wird um einen geneigten Auftreffwinkel zu erhalten, andere Bauweisen von REMs ein Set-Up benutzen, bei dem das Spezimen gekippt wird um einen geneigten Auftreffwinkel zu erhalten.
Das REM 1 aus 1a und 1b umfasst eine Strahlenröhre 20 mit einer Elektronenstrahlquelle 5, z. B. eine thermische Feldemissionskathode um einen Elektronenstrahl 7 zu erzeugen, eine Hochspannungs-Strahl-Röhre 9 um den Elektronenstrahl 7 bis zu einer Energie zu beschleunigen, die durch eine Anodenspannung V_anode kontrolliert wird, einen Kondensor 11 um die Elektronenstrahlform zu verbessern, eine magnetische Fokussierlinse 13 und eine elektrostatische Fokussierlinse 14, um den Elektronenstrahl 7 auf den Wafer 3 zu fokussieren. Das REM 1 aus 1a und 1b umfasst weiterhin einen Detektor 15 innerhalb der Linse, um das Signal der geladenen Sekundärpartikel 17 zu detektieren und auszuwerten, die durch den Primärstrahl 7 der geladenen Teilchen auf dem Wafer 3 erzeugt werden.
Die magnetische Fokussierlinse 13 aus 1a und 1b besteht aus seiner Spule 24 und einem Bügel 26, die so geformt sind, dass sie ein fokussierendes, magnetisches Feld für den Primärstrahl 7 geladener Teilchen erzeugen. Die elektrostatische Fokussierlinse 14 aus 1a und 1b umfasst das Element 9a am unteren Ende der Hochspannungs-Strahl-Röhre, die konusartig geformten Elemente 26a („konische Kappe") des Bügels 26, und Apperturen 106 an den Spitzen der betreffenden Elemente. Das fokussierende elektrische Feld wird durch die Geometrie des Elementes 9a am unteren Ende, die Geometrie der konischen Kappe, deren Apperturen 106 und durch die Spannungen V1 und V2 zwischen dem Wafer und, entsprechend, der konischen Kappe 26a und der Hochspannungs-Strahl-Röhre 9 bestimmt (der Einfachheit halber sind die Spannungen V1, V2 und V_anode nur in 1a gezeigt). Wie es sich herausgestellt hat, kann die räumliche Auflösung des untersuchenden Primärelektronenstrahls durch eine Kombination mit einem magnetischen fokussierenden Feld erhöht werden, wenn das elektrische Feld zwischen der konischen Kappe 26a und dem Wafer 3 so eingestellt ist, dass es den Primärstrahl 7 geladener Teilchen abbremst. Mehr Details über die kombinierte elektrostatische und magnetische Fokussierlinse und das REM aus 1a im Allgemeinen können in "High Precision electron optical system for absolute and CD-measurements an large specimens" von J. Frosien, S. Lanio, H.P. Feuerbaum, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 363 (1995), pp. 25–30 nachgelesen werden.
Zum Beispiel beschreibt Dokument EP 0 762 468 ein Rasterelektronenmikroskop mit einer Objektivlinse, um eine magnetische Feldlinse auf der Seite einer Probe zu formen. Das Bild der Probe wird beobachtet durch das Detektieren von Sekundärelektronen der Probe auf der oberen Seite der Objektivlinse. Eine Korrekturelektrode für das elektrische Feld, die mit einem negativen Potential versehen ist, wird außerhalb einer Beschleunigungselektrode oder auf der Seite der Probe angeordnet.
In 1b ist die Strahlenröhre 20 um 45° Grad in Bezug auf den Wafer 3 geneigt, um den Wafer 3 unter einem zweiten Auftreffwinkel 42 von 45° zu untersuchen. Im Fall von 1a und 1b wurde ein kontrolliertes Neigen durch einen Kippmechanismus 22 realisiert, der es dem REM ermöglicht, jede Stelle auf dem Wafer unter (zumindest) zwei unterschiedlichen Auftreffwinkeln 42 zu untersuchen. Weiterhin ist es dank der konusartig geformten Elemente 26a des Bügels 26 möglich, das REM zu kippen während eine kurze Arbeitsdistanz zwischen der Fokussierlinse 14 und dem Spezimen 3 beibehalten wird, wie in 1b gesehen werden kann. Die konusartige Form der konusartig geformten Elemente 26a des Bügels 26 verhindert, dass die Strahlenröhre 20 beim Neigen das Spezimen berührt oder schrammt ohne dass die kurze Arbeitsdistanz verloren geht.
Das Gerät für einen geladenen Teilchenstrahl aus 1a und 1b erlaubt eine Untersuchung eines Spezimen unter verschiedenen, vorbestimmten Auftreffwinkeln. Jedoch kann das Ändern des Auftreffwinkels weg von der senkrechten Richtung die räumliche Auflösung des Geräts für einen geladenen Teilchenstrahl ernsthaft reduzieren, wie sich herausgestellt hat.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Fokussierlinse mit einer verbesserten, räumlichen Auflösung für die Untersuchung oder die Strukturierung eines Spezimen zu Verfügung zu stellen.
Es ist noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Fokussierlinse zur Verfügung zu stellen, die eine hohe, räumliche Auflösung liefert, selbst wenn der Auftreffwinkel des geladenen Teilchenstrahls auf die Oberfläche eines Spezimen signifikant von 90° Grad abweicht.
Es ist noch ein weiterer Aspekt der vorlegenden Erfindung, eine Fokussierlinse bereit zu stellen, die geeignet ist, einen besseren Fokus für geladene Teilchenstrahlen mit variierendem Auftreffwinkel zu liefern.
Es ist auch ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Gerät für einen geladenen Teilchenstrahl bereit zu stellen mit einer Fokussierlinse, die geeignet ist, eine hohe, räumliche Auflösung unter verschiedenen Auftreffwinkeln zu liefern.
Insbesondere ist es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Gerät für einen geladenen Teilchenstrahl mit einer kombinierten elektrostatischen und magnetischen Fokussierlinse bereit zu stellen, das geeignet ist, eine hohe, räumliche Auflösung unter verschiedenen Auftreffwinkeln zu liefern.
Diese und andere Vorteile werden durch die Fokussierlinse nach Anspruch 1, das Gerät für einen geladenen Teilchenstrahl nach Anspruch 19 und die Methoden nach den Ansprüchen 24 und 25 erreicht.
Weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung sind offensichtlich von den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen. Die Ansprüche sollen als ein erster nicht limitierender Ansatz verstanden werden, die Erfindung in allgemeinen Worten zu definieren.
Die Erfindung nach Anspruch 1 beinhaltet eine Fokussierlinse zum Fokussieren eines geladenen Teilchenstrahls auf ein Spezimen unter einem vorbestimmten Auftreffwinkel, beinhaltend: zumindest eine erste Elektrode mit einer ersten Apertur, um ein fokussierendes elektrisches Feld zum Fokussieren des geladenen Teilchenstrahls auf das Spezimen zu generieren; und eine Korrekturelektrode mit einer konusartig geformten, gekrümmten Fläche, um Störungen des fokussierenden elektrischen Felds zu kompensieren, die von dem Auftreffwinkel abhängen, und durch das Spezimen verursacht sind, wobei die konusartig geformte, gekrümmte Fläche der Korrekturelektrode eine Öffnung auf einer Seite hat, um einen Platz für das Spezimen zur Verfügung zu stellen, um sich an die erste Elektrode anzunähern.
Da die Korrekturelektrode eine gekrümmte Oberfläche hat, ist es möglich, die Rotationssymmetrie des fokussierenden elektrischen Feldes in der Gegend zwischen der zumindest einen ersten Elektrode und dem Spezimen zu verbessern, wenn das Spezimen in Bezug auf den einfallenden geladenen Teilchenstrahl gekippt ist. Das verbessert die Fähigkeit der Fokussierlinse, den Primärstrahl geladener Teilchen auf das geneigte Spezimen zu fokussieren und kann deshalb zu einer verbesserten räumlichen Auflösung führen.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Beobachtung, dass das Ändern des Auftreffwinkels die räumliche Auflösung verringern kann. Weiterhin basiert die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, dass eine Reduktion der räumlichen Auflösung aufgrund einer Störung des fokussierenden elektrischen Feldes auftritt, wenn das Spezimen in Bezug auf die Fokussierlinse gekippt wird. Ferner basiert die vorliegende Erfindung auf der Idee, die Störungen des fokussierenden elektrischen Feldes durch das Einführen einer Korrekturelektrode zu kompensieren. Weiterhin basiert die vorliegende Erfindung auf der Idee, eine Korrekturelektrode mit einer gekrümmten Oberfläche zu haben, um Störungen des fokussierenden elektrischen Feldes, die vom Auftreffwinkel abhängig sind, zu kompensieren.
Mit einer gekrümmten Oberfläche ist die Korrekturelektrode imstande, das fokussierende elektrische Feld in einer rotationssymmetrischeren Art zu formen. Die gekrümmte Oberfläche der Korrekturelektrode ist konusartig geformt. Der Ausdruck "konusartig geformt" bezieht sich auf eine Form, die ein Segment des Mantels eines Konus sein kann. Mit einer konusartig geformten Korrekturelektrode ist es möglich, eine bessere Rotationssysmmetrie des fokussierenden elektrischen Feldes zur Verfügung zu stellen, wenn das Spezimen bezüglich der Symmetrieachse der Fokussierlinse geneigt ist.
Die gekrümmte Oberfläche der Korrekturelektrode hat auf einer Seite eine Öffnung, um Platz für das Spezimen zur Verfügung zu stellen, um sich an die zumindest eine erste Elektrode im Bereich der Öffnung anzunähern. Das kann dazu genutzt werden, die Arbeitsdistanz zu verringern, wenn das Spezimen geneigt ist. Je kleiner die Arbeitsdistanz für das Untersuchen und Strukturieren des Spezimen ist, desto höher ist die räumliche Auflösung, die erreicht werden kann. Die Arbeitsdistanz bezieht sich üblicherweise auf die Distanz zwischen der ersten Elektrode und der Oberfläche des Spezimen.
Die Öffnung an der Seite der geneigten Oberfläche der Korrekturelektrode kann von der Spitze zur Basis des Konus reichen. In diesem Fall kann ein Spezimen mit einer größeren Oberfläche als die Öffnung, wie z. B. ein Halbleiterwafer, näher an der zumindest einen ersten Elektrode positioniert werden, als es ohne diese Öffnung möglich wäre.
Vorzugsweise ist die gekrümmte Oberfläche der Korrekturelektrode geformt und positioniert um die Symmetrieachse der zumindest einen Elektrode nur teilweise zu umgeben. In diesem Fall bildet der Bereich, der nicht von der gekrümmten Oberfläche umgeben ist, vorzugsweise eine Öffnung auf einer Seite der gekrümmten Oberfläche, die einen Zugang für das Spezimen zur Verfügung stellen kann, um sich weiter der zumindest einen Elektrode zu nähern. Weiterhin können, wie sich herausgestellt hat, Korrekturelektroden, die die Symmetrieachse nur teilweise umgeben, eine bessere Kompensation für Störungen, die von dem Auftreffwinkel abhängig sind, zur Verfügung stellen, verglichen mit Elektroden, die die Symmetrieachse komplett umgeben.
Vorzugsweise ist die gekrümmte Oberfläche der Korrekturelektrode geformt und positioniert, um die Symmetrieachse mit einen Abdeckwinkel von maximal bis zu 350° Grad, bevorzugt von maximal bis zu 300° Grad und besonders bevorzugt von maximal bis zu 210° Grad zu umgeben. Vorzugsweise ist der Abdeckwinkel gegeben durch den Winkel, der von der Korrekturelektrode abgedeckt wird, von der Symmetrieachse in einer Ebene parallel zu der ersten Öffnung der zumindest einen ersten Elektrode aus gesehen. Je kleiner der Abdeckwinkel ist, desto größer kann die Öffnung gemacht werden, um die Arbeitsdistanz zum Untersuchen und Strukturieren eines gekippten Spezimen zu minimieren.
Auf der anderen Seite ist es bevorzugt, dass die gekrümmte Oberfläche der Korrekturelektrode geformt und positioniert ist, um die Symmetrieachse durch einen Abdeckwinkel von mindestens 10° Grad, bevorzugt von mindestens 60° Grad und besonders bevorzugt von mindestens 180° Grad zu umgeben. Je größer der Abdeckwinkel, umso besser ist der Schutz des fokussierenden elektrischen Feldes gegen Störungen, die durch ein geneigtes Spezimen hervorgerufen werden. Bevorzugterweise wird der Abdeckwinkel in der Ebene der ersten Apertur gemessen.
Weiterhin ist die gekrümmte Oberfläche der Korrekturelektrode vorzugsweise geformt und positioniert, um asymmetrisch in Bezug auf eine Rotation um 180° Grad um die Symmetrieachse zu sein. Mit einer rotatorisch asymmetrischen Korrekturelektrode ist es möglich, Störungen des elektrischen Feldes zu kompensieren, die aus einem Spezimen, dessen Oberfläche bezüglich des einfallenden geladenen Teilchenstrahls geneigt ist, resultieren.
Indessen ist es bevorzugt, dass die zumindest eine erste Elektrode und die gekrümmte Oberfläche der Korrekturelektrode geformt und positioniert ist, um symmetrisch bezüglich derselben Symmetrieebene zu sein. Vorzugsweise ist die Symmetrieebene identisch mit der Ebene innerhalb derer die Fokussierlinse zum Untersuchen und Strukturieren des Spezimen gekippt wird. Diese Geometrie ist ein besonders effizienter Weg, Störungen des fokussierenden elektrischen Feldes zu kompensieren, die durch eine Neigung der fokussierenden Linse bezüglich des Spezimen hervorgerufen werden.
Vorzugsweise ist die zumindest eine erste Elektrode konusartig geformt. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die gekrümmte Oberfläche der Korrekturelektrode geformt und positioniert ist, um irgendeinen äußeren Bereich der konusartig geformten ersten Elektrode abzudecken, von der Außenseite der Fokussierlinse aus gesehen. Auf diese Weise kann die Korrekturlinse die erste Elektrode von äußeren, elektrischen Feldern elektrostatisch schützen, die Störungen in das fokussierende elektrische Feld des fokussierenden, elektrischen Feldes einbringen können. Weiterhin kann auf diese Weise die Korrekturelektrode genutzt werden, um Störungen des elektrischen Feldes aktiv zu kompensieren, die in das fokussierende elektrische Feld von einer Seite der ersten Elektrode eingebracht werden, die nicht von der Korrekturelektrode bedeckt ist. Vorzugsweise wird die Kompensation dadurch ausgeführt, dass die Spannung der Korrekturelektrode V_c in einer Weise eingestellt wird, die die Größe des Fokuspunktes optimiert.
Insbesondere ist es bevorzugt, wenn die Fokussierlinse in einem geneigten Auftreffwinkel betrieben wird, dass der Bereich der konusartig geformten ersten Elektrode, der von der Korrekturelektrode abgedeckt ist, sich gegenüber dem Bereich der konusartig geformten ersten Elektrode befindet, der dem Spezimen am nächsten ist. So kann der Bereich der konusartig geformten ersten Elektrode, der nicht von der Korrekturelektrode abgedeckt ist, als durch das Spezimen "abgedeckt" angesehen werden. In dieser Konfiguration können die Potentiale des Spezimen und der Korrekturelektrode abgeglichen werden, um die Störung des elektrischen Feldes zu minimieren, die durch die Neigung des Spezimen und/oder der Fokussierlinse hervorgerufen werden. In diesem Fall können das Spezimen und die gekrümmte Oberfläche der Korrekturelektrode einen gemeinsamen elektrostatischen Schirm bereit stellen, der ein Potential zur Verfügung stellt, das die Störungen des elektrischen Feldes durch das Spezimen minimiert. Auf diese Art wird das Spezimen Teil der Elektrodenstruktur, die dabei hilft, die Fokussierqualität des geladenen Teilchenstrahls zu optimieren.
Da ferner das Spezimen Teil der Elektrodenstruktur ist, die das fokussierende elektrische Feld zum Fokussieren des geladenen Teilchenstrahls bestimmt, kann das Spezimen sehr nah zu der konusartig geformten ersten Elektrode bewegt werden. Das hilft, die Arbeitsdistanz in der Konfiguration mit dem geneigten Strahl kurz zu halten.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Gerät für einen geladenen Teilchenstrahl nach Anspruch 19. Das Gerät für einen geladenen Teilchenstrahl mit der Fokussierlinse nach einem der Ansprüche 1 bis 18 ist geeignet, ein Spezimen unter Auftreffwinkeln, die von 90° Grad abweichen, mit hoher räumlicher Auflösung zu untersuchen und zu strukturieren.
Vorzugsweise beinhaltet das Gerät für einen geladenen Teilchenstrahl nach der Erfindung einen Kippmechanismus, durch den die optische Achse der Fokussierlinse bezüglich der Oberfläche des Spezimen oder umgekehrt geneigt werden kann. Das ermöglicht dem Gerät für einen geladenen Teilchenstrahl das Spezimen unter verschiedenen Auftreffwinkeln zu beobachten oder zu strukturieren, was den Anwendungsbereich erweitert oder die Präzision für das Beobachten oder Strukturieren verbessert.
Vorzugsweise ist die Kippebene des Geräts für einen geladenen Teilchenstrahl im Wesentlichen gleich mit der Symmetrieebene der gekrümmten Oberfläche der Korrekturelektrode der Fokussierlinse. In diesem Fall kann die gekrümmte Oberfläche der Korrekturelektrode die Störungen des fokussierenden, elektrischen Feldes, die vom Auftreffwinkel abhängig sind, am besten kompensieren, um die Fokussierqualität des geladenen Teilchenstrahls zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Verwenden eines Geräts für einen geladenen Teilchenstrahl zum Untersuchen und Strukturieren eines Spezimen nach Anspruch 24. Das Verfahren nach Anspruch 24 zum Untersuchen und Strukturieren eines Spezimen mittels einen geladenen Teilchenstrahl beinhaltet die Schritte zur Verfügung Stellen eines Geräts für einen geladenen Teilchenstrahl wie oben beschrieben; Untersuchen oder Strukturieren des Spezimen bei einem ersten Auftreffwinkel bei einer ersten Spannung der Korrekturelektrode, die an der Korrekturelektrode angelegt ist; und Untersuchen oder Strukturieren des Spezimen unter einem zweiten Auftreffwinkel bei einer zweiten Spannung der Korrekturelektrode, die an die Korrekturelektrode angelegt ist.
Das Gerät für einen geladenen Teilchenstrahl unter verschiedenen Auftreffwinkeln und bei unterschiedlichen Spannungen der Korrekturelektrode zu benutzen, macht es möglich, das Spezimen mit einer hohen räumlichen Auflösung unabhängig von dem jeweilig verschiedenen Auftreffwinkel zu untersuchen oder zu strukturieren. Vorzugsweise wird der erste Auftreffwinkel so eingestellt, dass er in dem Bereich zwischen 70° Grad und 110° Grad, bevorzugt zwischen 80° Grad und 100° Grad und besonders bevorzugt zwischen 85° Grad und 95° Grad bezüglich der Oberfläche des Spezimen liegt. Je näher der Auftreffwinkel an 90° Grad ist, desto besser kann eine Rotationsymmetrie für den geladenen Teilchenstrahl, der sich dem Spezimen nähert, bereit gestellt werden.
Im Allgemeinen ist es bevorzugt, dass der zweite Auftreffwinkel im Bereich zwischen 20° Grad und 70° Grad, bevorzugt zwischen 30° Grad und 60° Grad und besonders bevorzugt zwischen 40° Grad und 50° Grad bezüglich der Oberfläche des Spezimen liegt. Auftreffwinkel in diesem Bereich vereinfachen den Einsatz eines geladenen Teilchenstrahls, der zusätzliche Informationen über das Spezimen zur Verfügung stellen kann, neben den Informationen, die durch das Untersuchen unter dem ersten Auftreffwinkel gewonnen werden. Ferner, falls die erste Elektrode konusartig geformt ist, ist es bevorzugt, dass der zweite Auftreffwinkel so eingestellt ist, dass er ungefähr gleich bis halb so groß ist, wie der Scheitelwinkel, der durch die konusartig geformte erste Elektrode bestimmt wird. So verläuft der Bereich der konusartig geformten Elektrode, der dem Spezimen am nächsten ist, im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Spezimen. Dadurch wird die Benutzung einer Korrekturelektrode zum Verbessern der Rotationssymmetrie besonders effektiv.
Bevorzugt wird die Spannung der ersten Korrekturelektrode so eingestellt, dass sie gleich ist der Spannung des Spezimen Vs oder innerhalb des Bereiches liegt, der durch die Spannungen zwischen der Spannung des Spezimen Vs und der Spannung der ersten Elektrode V1, der der ersten Elektrode zugeführt wird, bestimmt wird. Eine Korrekturelektrode mit solchen Spannungen minimiert ihren Verformungseffekt auf die Rotationssymmetrie des fokussierenden elektrischen Feldes, wenn der geladene Teilchenstrahl unter einem Auftreffwinkel von 90° Grad läuft.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Spannung der zweiten Korrekturelektrode so eingestellt ist, dass sie außerhalb des Bereiches liegt, der durch die Spannungen zwischen der Spannung des Spezimen Vs und der Spannung der ersten Elektrode V1 bestimmt wird, der der ersten Elektrode zugeführt wird. Eine Korrekturelektrode mit solchen Spannungen kann benutzt werden, Verformungen der Rotationssymmetrie des fokussierenden, elektrischen Feldes zu kompensieren, die durch ein Verkippen des geladenen Teilchenstrahls bezüglich der Oberfläche des Spezimen hervorgerufen werden.
Besonders ist es bevorzugt, dass die Spannung der zweiten Korrekturelektrode auf einen Wert von ungefähr 2·Vs – V1, mit einer Toleranz von weniger als 50 Prozent, bevorzugt weniger als 20 Prozent und besonders bevorzugt weniger als 10 Prozent eingestellt wird. In dieser Formel repräsentiert Vs die Spannung des Spezimen und V1 die Spannung der ersten Elektrode. Mit einer solchen Spannung der zweiten Elektrode kann eine sehr hohe Kompensation der Verformungen der Rotationssymmetrie des fokussierenden elektrischen Feldes erreicht werden, wenn die erste Elektrode konusartig geformt ist und der zweite Auftreffwinkel so eingestellt ist, dass er ungefähr gleich bis halb so groß ist, wie der Scheitelwinkel, der durch die konusartig geformte erste Elektrode bestimmt wird.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der erste und/oder der zweite Auftreffwinkel mittels eines Kippmechanismus eingestellt werden, der Teil des Geräts für einen geladenen Teilchenstrahl ist. So ist es möglich, das Spezimen unter verschiedenen Auftreffwinkel in einer hohen Geschwindigkeit zu untersuchen oder zu strukturieren. Besonders ist es auf diese Art möglich, das Spezimen unter verschiedenen Auftreffwinkeln zu untersuchen ohne das Vakuum unterbrechen zu müssen, das den geladenen Teilchenstrahl umgeben kann.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Untersuchen oder Strukturieren eines Spezimen nach Anspruch 25. Nach Anspruch 25 umfasst das Verfahren zum Verwenden eines Geräts für einen geladenen Teilchenstrahl, wie es oben beschrieben ist, zum Untersuchen oder Strukturieren eines Spezimen mittels eines geladenen Teilchenstrahls die Schritte zur Verfügung stellen eines Gerätes für einen geladenen Teilchenstrahl mit zumindest einer ersten Elektrode und einer Korrekturelektrode; Untersuchen oder Strukturieren des Spezimen unter einem ersten Auftreffwinkel mit der Korrekturelektrode an einer ersten Position in Bezug auf die zumindest erste Elektrode; und Untersuchen oder Strukturieren des Spezimen unter einem zweiten Auftreffwinkel mit der Korrekturelektrode an einer zweiten Position in Bezug auf die zumindest erste Elektrode.
Durch das Ändern der Position der Korrekturelektrode in Bezug auf die erste Elektrode, ist es möglich, die Korrekturelektrode vom geladenen Teilchenstrahl weg zu bewegen. So ist es möglich die Rotationssymmetrie des fokussierenden, elektrischen Feldes vollständig wieder herzustellen, wenn der Auftreffwinkel 90° Grad in Bezug auf die Oberfläche des Spezimen beträgt. Weiterhin ist es so nicht notwendig, die Spannung der Korrekturelektrode zu regulieren. Wenn die Korrekturelektrode von der ersten Elektrode weg bewegt wird, ist es bevorzugt, dass die Distanz zwischen der zweiten Position und der ersten Elektrode mindestens um den Faktor zwei, bevorzugt mindestens um den Faktor zehn und besonders bevorzugt mindestens um den Faktor 100 größer ist, als die Distanz zwischen der ersten Position und der ersten Elektrode.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Einige der oben gezeigten und andere, detailliertere Aspekte der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung beschrieben werden und teilweise mit Bezug auf die Zeichnungen dargestellt werden. Dabei zeigt:
1a Rasterelektronenmikroskop (REM) des Stands der Technik mit einer konusartig geformten Fokussierlinse und unter einem senkrechten Winkel verwendet, um einen Halbleiterwafer zu untersuchen.
1b Rasterelektronenmikroskop (REM) aus 1a, das gekippt ist, um einen Wafer unter einem Auftreffwinkel von 45° Grad zu untersuchen.
2a Fokussierlinse nach der Erfindung, die gekippt ist, um einen Wafer unter einem Auftreffwinkel von 45° Grad zu untersuchen.
2b Fokussierlinse aus 2a in einer senkrechten Position, um den Wafer unter einem senkrechten Winkel zu untersuchen.
3A Querschnitt durch die Fokussierlinse aus 2a gekennzeichnet mit den Querschnittslinien 3B, 3C, 3D.
3B Querschnitt entlang der Querschnittslinie 3B aus 3A durch die zweite Elektrode und die konusartig geformte erste Elektrode.
3C Querschnitt entlang der Querschnittslinie 3C aus 3A durch die Korrekturelektrode und die konusartig geformte erste Elektrode.
4 3-dimensionale schematische Zeichnung einer Fokussierlinse nach der Erfindung, die eine durch die Korrekturelektrode abgedeckte konusartig geformte erste Elektrode zeigt, wie in 3A bis 3D gezeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der unten aufgeführten Beschreibung der detaillierten Ausführungsformen nach der Erfindung, beziehen sich die Bezugszeichen auf die beigefügten Zeichnungen 1a and 1b, 2a und 2b, 3A, 3B, 3C und 3D und auf 4. Die Figuren in den Zeichnungen repräsentieren nur einzelne, nicht limitierende Ausführungsformen der Erfindung, die das Ziel haben, lediglich erläuternde Beispiele der Erfindung zu sein. Die unten angeführte Beschreibung, selbst wenn sie Bezug zu den Zeichnungen nimmt, soll in einem breiten Sinn verstanden werden und beinhaltet jede Abweichung von den beschriebenen Ausführungsformen, die für einen Fachmann offensichtlich ist.
Der Ausdruck "Fokussierlinse" nach Anspruch 1 bezieht sich auf irgendeine Linse, die geeignet ist, ein fokussierendes, elektrisches Feld zum Fokussieren eines geladenen Teilchenstrahls, wie z. B. ein Elektronenstrahl oder ein Ionenstrahl auf ein Spezimen zur Verfügung zu stellen. Der Ausdruck „Fokussierlinse" beinhaltet auch Linsen, die mit Mitteln zum Bereitstellen eines fokussierenden, magnetischen Feldes kombiniert sind.
Das Fokussieren eines geladenen Teilchenstrahls nach der Erfindung kann auf viele, verschiedene Arten verwirklicht werden. Zum Beispiel kann das Fokussieren durch eine erste Elektrode mit einer ersten Apertur bewirkt werden, die der Oberfläche des Spezimen zugewandt ist. Wenn eine erste Elektrodenspannung V1 zwischen der ersten Elektrode und dem Spezimen zugeführt wird, bilden sich Potentiallinien an der ersten Apertur, die ein fokussierendes elektrisches Feld für einen geladenen Teilchenstrahl erzeugen, der durch die Apertur in Richtung des Spezimen tritt. In dieser Konfiguration bilden das Spezimen und die erste Elektrode eine Linse, die als „Aperturlinse" bekannt ist. Die Fokussierlänge der Fokussierlinse hängt von dem Durchmesser der Apertur ab, der Höhe der ersten Elektrodenspannung V1 und der Energie der Teilchen des geladenen Teilchenstrahls. Der Fachmann weiß, wie Aperturlinsen zu gestalten und zu verwenden sind, unabhängig davon, ob die erste und die zweite Elektroden flach, konisch oder andersartig geformt sind.
In einem anderen Beispiel kann das Fokussieren gemäß der Erfindung durch eine erste Elektrode und einer zweiten Elektrode bewirkt werden, wobei beide eine erste und eine zweite Apertur haben, durch die entsprechend der geladene Teilchenstrahl in Richtung des Spezimen durchtritt. In diesem Fall, wenn eine erste Spannung V1 bezüglich des Spezimen der ersten Elektrode zugeführt wird und eine andere, zweite Spannung V2 bezüglich des Spezimen der zweiten Elektrode zugeführt wird, können sich Potentiallinien zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausbilden, die den geladenen Teilchenstrahl fokussieren. In dieser Konfiguration agieren die erste Elektrode und die zweite Elektrode zusammen als eine Linse, die als „Immersionslinse" bekannt ist. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Elektrode koaxial zueinander angeordnet um für ausreichendes Fokussieren zu sorgen, das heißt um eine geringe Größe des Fokuspunktes zu erhalten. Wieder weiß der Fachmann, wie Aperturlinsen zu gestalten und zu verwenden sind, unabhängig davon, ob die erste und die zweite Elektroden flach, konisch oder andersartig geformt sind.
In einem dritten Beispiel kann das Fokussieren gemäß der Erfindung durch eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode bewirkt werden, wobei beide eine erste und eine zweite Apertur haben, durch die entsprechend der geladene Teilchenstrahl in Richtung des Spezimen durchtritt. Zusätzlich wird das Fokussieren durch einen magnetischen Dipolmagneten verstärkt, der ein dem fokussierenden, elektrischen Feld überlagertes fokussierendes, magnetisches Feld erzeugt. Ein Beispiel einer solchen kombinierten elektrostatischen Linse ist in 1a gezeigt und deren Beschreibung in der Einleitung.
Die drei Beispiele einer Fokussierlinse sollen einige der Arten darstellen, durch die eine zumindest erste Elektrode mit einer ersten Apertur ein fokussierendes, elektrisches Feld zum Fokussieren eines geladenen Teilchenstrahls erzeugen kann. Ein Fachmann wird wissen, dass es viele andere Wege gibt, einen geladenen Teilchenstrahl zu fokussieren, die alle für die vorliegende Erfindung anwendbar sind. Im Besonderen kann die Fokussierlinse Mittel beinhalten, die eine dritte, vierte oder sogar noch mehr Elektroden zusätzlich zu den erwähnten ersten und zweiten Elektroden vorsehen.
Der Auftreffwinkel gemäß der Erfindung bezieht sich auf den Winkel, unter dem der einfallende geladene Teilchenstrahl auf das Spezimen auftrifft. Weiterhin bezieht sich in der ganzen Diskussion der vorliegenden Beschreibung ein „geneigter Winkel" oder ein "geneigter" oder "gekippter" Betrieb auf einen Betrieb der Fokussierlinse, bei dem der Auftreffwinkel des geladenen Teilchenstrahls signifikant von 90° Grad abweicht.
In vielen Anwendungen eines geladenen Teilchenstrahls ist der Auftreffwinkel normalerweise 90° Grad, d. h. der geladene Teilchenstrahl trifft auf das Spezimen in einer senkrechten Richtung auf. In diesem Fall ist das elektrische Potential entlang der Oberfläche des Spezimen rotationssymmetrisch mit Bezug auf die Achse des einfallenden Strahls, der, wie sich herausgestellt hat, normalerweise die beste Fokussierqualität liefert. Wenn allerdings die Fokussierlinse bezüglich des Spezimen gekippt wird oder umgekehrt, ist die Verteilung des elektrischen Potentials auf der Oberfläche des gekippten Spezimen nicht mehr rotationssymmetrisch bezüglich der Achse des einfallenden geladenen Teilchenstrahls. Das verursacht, dass die Größe des Fokuspunktes des geladenen Teilchenstrahls steigt und dass, als Konsequenz, die räumliche Auflösung des Geräts für einen geladenen Teilchenstrahl sinkt.
2a und 2b, 3A, 3B, 3C, 3D und 4 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Fokussierlinse 100, die z. B. als Ersatz für die elektrostatische Fokussierlinse 14 Teil des REMs aus 1a–1b sein könnte.
2a–b zeigen einen schematischen Querschnitt durch die Fokussierlinse 100 während des Einsatzes zum Fokussieren eines geladenen Teilchenstrahls 7 auf das Spezimen 3 unter zwei unterschiedlichen Auftreffwinkeln 42. Der Auftreffwinkel 42 beträgt in 2a 45° Grad, während in 2b der Auftreffwinkel 90° Grad beträgt. Die Schnittebene der Querschnitte der 2a–b ist so gewählt, dass sie der Kippebene entspricht, in der die Fokussierlinse 100 in 2a–b gekippt ist.
Ferner ist der Primärstrahl geladener Teilchen 7 in 2a–b nur zu Demonstrationszwecken ein Elektronenstrahl; dennoch würde die Fokussierlinse auch für einen Ionenstrahl oder jeden anderen geladenen Teilchenstrahl funktionieren. Ferner ist das Spezimen 3 in 2a und 2b wieder nur zu Demonstrationszwecken ein Halbleiterwafer; indes könnte das Spezimen auch jedes andere Bauteil sein, wie z. B. eine photolithographische Maske oder ein biologisches Spezimen.
Die Fokussierlinse 100 aus 2a–b umfasst eine erste Elektrode 105 und eine zweite Elektrode 107, wobei beide elektrisch verbunden sind mit einer entsprechenden ersten und zweiten Spannung V1 und V2. Die erste Elektrode 105 ist konusartig geformt und hat einen Rand 105b an ihrer Spitze, der die erste Apertur 106 formt. Die Form der ersten Apertur 106 bestimmt eine Symmetrieachse 8, die im Falle von 2a–b, im Wesentlichen mit der Bahn des Primärelektronenstrahls 7 zusammenfällt. Sie fällt außerdem mit der optischen Achse der elektrostatischen Linse 100 zusammen. Weiterhin beträgt der erste Konus-Scheitelwinkel 122 der konusartig geformten ersten Elektrode 105a in dem Beispiel aus 2a–b 90° Grad; allerdings wäre auch jeder andere Konus-Scheitelwinkel 122 zwischen 0° Grad und 180° Grad für die vorliegende Erfindung genauso möglich.
Die zweite Elektrode 107 ist im Wesentlichen röhrenförmig und stellt damit eine zweite Apertur 108 mit einer Rotationssymmetrieachse zur Verfügung, die im Wesentlichen mit der Symmetrieachse 8 der ersten Apertur 106, mit der Bahn des Primärelektronenstrahls 7 und mit der optischen Achse der elektrostatischen Linse 100 zusammenfällt. Es ist zu vermerken, dass die zweite Elektrode 107 auch konusartig geformt sein kann.
Es soll zur Kenntnis genommen werden, dass der Konus-Scheitelwinkel 122 der ersten Elektrode hauptsächlich aus Platzgründen wegen der begrenzten Arbeitsdistanz zwischen dem Spezimen 3 und der ersten Apertur 106 gewählt wurde. Zum Beispiel ist in dem Beispiel aus 2a–b der Konus-Scheitelwinkel 122 von 90° Grad gewählt worden, um einen zweckmäßigen Einsatz des geladenen Teilchenstrahls 7 bei beiden, einem 45° Grad Auftreffwinkel 42 (siehe 2a) und einem 90° Grad Auftreffwinkel 42 (siehe 2b) bei ungefähr derselben Arbeitsdistanz zu erlauben. Mit einem Konus-Scheitelwinkel 122 größer als 90° Grad wäre es nämlich nicht möglich, die Fokussierlinse 100 um 45° Grad bei gleicher Arbeitsdistanz zu neigen ohne dass die Fokussierlinse 100 das Spezimen berühren oder schrammen würde.
Es sollte weiterhin bemerkt werden, dass die konusartige Form eine Bauweise erlaubt, in der die erste Elektrode 105 mit dem Bügel 26 einer magnetischen Fokussierlinse 13 kombiniert ist, wie gezeigt in 1a. Kombinierte elektrostatisch-magnetische Linsen mit und ohne Konusform sind auch in 1 und 2 von US 4,831,266 und deren Beschreibung gezeigt, die hiermit in die Beschreibung eingeschlossen sind. 2 von US 4,831,266 zeigt auch die Art, in der eine Hochspannungsstrahlenröhre 9 in die Fokussierlinse 100 eingeführt ist, wobei dadurch die Verbesserung der Fokussierqualität für Elektronenmikroskope mit niedriger Energie unterstützt wird.
Während die konusartig geformte erste Elektrode 105 und die zweite Elektrode 107 in Bezug aufeinander eine volle Rotationssymmetrie vorweisen, um ein rotationssymmetrisches, fokussierendes elektrisches Feld 110 zu erzeugen, tut dies die Korrekturelektrode 115 nicht, wie in 2a–b, 3A–C und 4 gesehen werden kann. Vielmehr hat die Form der gekrümmten Oberfläche 115 der Korrekturelektrode eine Öffnung 118, die den Bereich begrenzt, in dem die gekrümmte Oberfläche 115 die Symmetrieachse 8 umgibt (siehe 3C-D und 4). Die Größe der Öffnung 118 in 3C–D und 4 ist groß genug, um die konusartig geformte erste Elektrode 105 näher am Wafer 3 zu positionieren, als es ohne die Öffnung 118 der Fall sein würde, d. h. mit der die Symmetrieachse 8 ganz umgebenden, konusartig geformte Korrekturelektrode. Gleichzeitig ist die Größe der Öffnung 118 klein genug, um einen ausreichenden Schutz vor externen, elektrischen Feldern zu bieten, die die Rotationssymmetrie des fokussierenden, elektrischen Feldes 110 stören würden.
3A, 3B, 3C, 3D und 4 zeigen verschiedene Querschnitte der Fokussierlinse 100 aus 2a und 2b in Ebenen, die senkrecht zur Symmetrieachse 8 sind. Für ein besseres Verständnis sind die Schnittebenen der Querschnitte von 3B, 3C und 3D in 3A als gestrichelte Linien 3B, 3C, 3D, eingezeichnet und die Schnittebene des Querschnitts aus 3A ist in 3B, 3C und 3D als gestrichelte Linie 3A gezeigt. Weiterhin verläuft die Schnittebene 3C innerhalb der Ebene der ersten Apertur 106 der konusartig geformten ersten Elektrode 105, Schnittebene 3B verläuft innerhalb einer Ebene über der ersten Apertur 106 und über der Korrekturelektrode 115 und Schnittebene 3D verläuft unter der ersten Apertur 106. Außerdem zeigt 4 schematisch die konusartig geformte erste Elektrode 105a und die Korrekturelektrode 115 der 2a, 2b und 3A–D in einer dreidimensionalen Ansicht.
Die konusartig geformte erste Elektrode 105 der 3A–D und 4 ist ein Konus mit einem Scheitelwinkel von 90° Grad und einer Konushöhe von ein paar Millimeter. Die Spitze der konusartig geformten ersten Elektrode 105a ist abgeschnitten, um die erste Apertur 106 zur Verfügung zu stellen, durch die der Primärstrahl geladener Teilchen 7 in Richtung des Spezimen 3 tritt. Die konusartig geformte erste Elektrode 105a kann zum Beispiel die „konische Kappe" 26 des Bügels 26 sein, wie in 1a–b gezeigt. Ferner ist der Durchmesser der ersten Apertur 106 zwischen 1 und 6 mm, abhängig von der Anwendung.
Die Korrekturelektrode 115 der 3A–D und 4 bedeckt von der Außenseite der Fokussierlinse 100 aus gesehen einen wesentlichen Bereich der konusartig geformten ersten Elektrode 105. Die Korrekturelektrode 115 ist im Wesentlichen konusartig, aber sie ist unterbrochen von einer Öffnung 118, die den Bereich begrenzt, mit dem die gekrümmte Oberfläche 115 der Korrekturelektrode die Symmetrieachse 8 umgibt. Es ist zu beachten, dass die Größe und die Form der Öffnung 118 durch die Größe des Abdeckwinkels 120 bestimmt wird, der den Winkel definiert, der von der Korrekturelektrode 115 abgedeckt wird, und der von der Symmetrieachse 8 innerhalb der Ebene, die parallel zu der Ebene der ersten Apertur 106 gesehen werden kann (siehe 3A–D). Weiterhin ist der Abdeckwinkel 120 der Korrekturelektrode 115 innerhalb der Ebene der ersten Apertur 106 (siehe 3c) typischerweise größer als 180° Grad, während der Abdeckwinkel 120 der Korrekturelektrode 115 in der Schnittebene 3D unter der Ebene der ersten Apertur 106 kleiner gleich 180° Grad ist (siehe 3D). So kann Wafer 3 näher an der konusartig geformten ersten Elektrode 105a positioniert werden, verglichen mit dem Fall, in dem die Korrekturelektrode 115 die Symmetrieachse 8 ganz umfassen würde. Genauere Werte für den Abdeckwinkel hängen von der jeweiligen einzelnen Bauart einer gegeben Fokussierlinse ab und können leicht von einem Fachmann bestimmt werden.
Mit der in 2a–b, 3A–D und 4 gezeigten Form der Korrekturelektrode 115, bestimmt der Rand 126 der Korrekturelektrode 115, der die Form der Öffnung 118 bestimmt, auch eine Ebene, die sich im Wesentlichen parallel zu dem Spezimen 3 erstreckt, wenn die Fokussierlinse 100 unter einem Auftreffwinkel 42 von 45° Grad eingesetzt wird. So können der Wafer 3 und die Korrekturelektrode 115 zusammen so positioniert werden, dass sie ein Gehäuse für die konusartig geformte erste Elektrode 105a bilden (siehe 3C), das ein fokussierendes, elektrisches Feld 110 mit einem hohen Grad an Rotationssymmetrie liefert. Gleichzeitig kann die Distanz D2 zwischen dem Spezimen und der konusartig geformten ersten Elektrode 105a kleiner gemacht werden, als die Distanz D1 zwischen der konusartig geformten ersten Elektrode 105a und der Korrekturelektrode 115 zur räumlichen Auflösung der Fokussierlinse. Weiterhin soll beachtet werden, dass der Rand 126 der Öffnung 118 in 4 im Wesentlichen die Form einer Parabel aufweist. Ferner bedeckt die Korrekturelektrode aus 4 die konusartig geformte erste Elektrode 105a zu mehr als 40% um die konusartig geformte erste Elektrode 105a elektrostatisch zu schützen.
Die Querschnittszeichnungen der 2a–b und 3A–D demonstrieren weiterhin die koaxiale Ausrichtung der ersten Elektrode 105, der zweiten Elektrode 107 und der Korrekturelektrode 115 zueinander. Dank desselben Konus-Scheitelwinkels 122 der konusartig geformten ersten Elektrode 105a und der Korrekturelektrode 115, ist außerdem die Distanz D1 zwischen der konusartig geformten ersten Elektrode 105a und der inneren Oberfläche 117 konstant. In der vorliegenden Erfindung ist die Distanz D1 ungefähr 4 mm.
In dem Beispiel von 2a ist die zweite Elektrode 107 unter einer zweiten Elektrodenspannung V2 von +8 kV (diese Spannung könnte die Spannung der Hochspannungsröhre 9 aus 1a sein), die erste Elektrode 105 ist unter einer ersten Elektrodespannung V1 von 3 kV, die Korrekturelektrode 115 ist unter einer Korrekturelektrodenspannung Vc von –3kV und der Wafer 3 ist unter einem Massenpotential (Vs = 0V). Wegen des 90° Grad Konus-Scheitelwinkels 122 der konusartig geformten ersten Elektrode 105a und der Korrekturelektrode 115, und wegen einem Auftreffwinkel 42' von 45° Grad, verläuft die eine Seite der äußeren Oberfläche der konusartig geformten ersten Elektrode 105a parallel zum Wafer 3, während die entgegengesetzte Seite der konusartig geformten ersten Elektrode 105a parallel zur inneren Oberfläche 117 der Korrekturelektrode verläuft. So verlaufen die elektrostatischen Potentiallinien 128 zwischen der konusartig geformten ersten Elektrode 105a und dem Wafer 3 oder zwischen der konusartig geformten ersten Elektrode 105a und der inneren Oberfläche 117 der Korrekturelektrode 115 parallel zu den entsprechenden Oberflächen (siehe 2a). Als Ergebnis werden Potentiallinien 128 zwischen der ersten Apertur 106 und dem Wafer 3 zur Verrfügung gestellt, die innerhalb der Zeichenebene der 2a an der Stelle des Primärelektronenstrahls 7 symmetrisch sind. Diese Symmetrie verbessert das Fokussieren des Primärelektronenstrahls 7 wesentlich, verglichen mit dem Fall ohne die Korrekturelektrode 115.
2b zeigt die Situation, in der der Auftreffwinkel 42 90° Grad beträgt. In diesem Fall bleiben die erste Spannung V1 der ersten Elektrode 105 und die zweite Spannung V2 der zweiten Elektrode 107 im Wesentlichen die gleichen wie in 2a, um den Primärelektronenstrahl 7 mit derselben Brennweite auf das Spezimen 3 zu lenken. Hingegen wurde die Korrekturelektrodenspannung Vc in 2b signifikant geändert, um die Rotationssymmetrie des fokussierenden, elektrischen Feldes 110 so weit wie möglich wieder herzustellen. Dies wird durch das Einstellen der Korrekturelektrodenspannung Vc auf einen Wert, der geringfügig positiver ist, als die Spannung Vs des Spezimen 3, erreicht.
Es ist zutreffend, dass die Symmetrie der Potentiallinien 128 aus 2a nur eine planare Symmetrie aufweist und keine volle Rotationssymmetrie. Deshalb kann es sein, dass das Fokussieren des Primärelektronenstrahls 7 nicht so gut ist, wie mit einem fokussierenden, elektrischen Feld mit einer vollen Rotationssymmetrie in Bezug auf die Symmetrieachse B. Dennoch stellt die planare Symmetrie, die durch die Korrekturelektrode 115 unter einem geneigten Winkel zur Verfügung gestellt wird, eine signifikante Verbesserung der Fokussierung dar gegenüber dem Fall, in dem überhaupt keine Korrekturelektrode vorgesehen ist.
Es ist auch zutreffend, dass die Anwesenheit der Korrekturelektrode 115 die Rotationssymmetrie des fokussierenden, elektrischen Feldes 110 in Bezug auf die Symmetrieachse 8 stören kann, wenn der Auftreffwinkel 42 des Primärelektronenstrahls zur Oberfläche des Spezimen 3 senkrecht ist. In dieser Situation ist es jedoch möglich, die Korrekturelektrodenspannung Vc auf einen Wert einzustellen, bei dem die Störung der Rotationssymmetrie des fokussierenden elektrischen Feldes 110 minimiert wird. Auf diese Art kann das Fokussieren des Primärelektronenstrahls 7 für jeden Auftreffwinkel 42 entsprechend durch Einstellen der Korrekturelektrodenspannung Vc optimiert werden.
Die Werte der ersten Spannungen V1 der ersten Elektrode 105, der zweiten Spannung V2 der zweiten Elektrode 107 und der Korrekturelektrodenspannung Vc der Korrekturelektrode 115, die in 2a–b offenbart sind, beziehen sich auf eine typische Anwendung eines REM der Art, wie es in 1a gezeigt ist. In diesem Fall ist es notwendig, dass die erste Elektrode 105 und die Korrekturelektrode 115 so gestaltet sind, dass sie einer Spannung von mindestens 500 V, bevorzugt mindestens 2000 V und besonders bevorzugt mindestens 5000 V in Bezug aufeinander standhalten. Mit einer hohen Spannung zwischen der ersten Elektrode 105 und der Korrekturelektrode 115 ist es möglich, die Rotationssymmetrie des stark fokussierenden Feldes 110 zu kontrollieren. Um einen solch hohen Widerstand gegen Durchbruch zwischen Elektroden zu erzielen, die so nah aneinander angeordnet sind, können bekannte Standardtechniken verwendet werden, die in der Technik gut bekannt sind.
In 2a–b bewegt sich die Korrekturelektrode 115 mit der ersten Elektrode 105, wenn sie in die eine oder andere Richtung gekippt wird, da die Korrekturelektrode 115 mit der ersten Elektrode 105 durch eine mechanische Struktur starr verbunden ist, die nicht in den Zeichnungen gezeigt ist. Eine solche Bauweise ist mechanisch leicht herzustellen und hand zu haben. Eine solche Bauweise ist auch reproduzierbar, wenn die Frage auftaucht, welche Korrekturelektrodenspannung Vc für welchen Auftreffwinkel 42 am besten ist.
Indessen kann eine weitere Bauweise der Fokussierlinse nach der Erfindung eine Korrekturelektrode 115 beinhalten, die in Bezug auf die erste Elektrode 105 beweglich ist. Eine solche Bauweise ist komplexer, da ein Motor benötigt werden könnte, um die Korrekturelektrode 115 in Bezug auf die erste Elektrode 105 zu bewegen; dennoch kann die Verbesserung der Fokussierung des geladenen Teilchenstrahls signifikant sein. Zum Beispiel kann mit einer beweglichen Korrekturelektrode 115 die Korrekturelektrode 115 aus dem Weg bewegt werden, wenn die Fokussierelektrode 100 unter einem senkrechten Auftreffwinkel betrieben wird. Auf diese Art ist die volle Rotationssymmetrie wieder hergestellt, um die beste Fokussierqualität zu erhalten. Ebenso bietet eine bewegliche Korrekturelektrode 115 zwei Parameter, Korrekturelektrodenposition und Korrekturelektrodenspannung Vc, um das Fokussieren zu optimieren. Dies verbessert in hohem Maße die Flexibilität, die Fokussierqualität der Fokussierlinse sogar noch weiter zu verbessern.
Die Form der Korrekturelektrode 115 der 2a–b, 3A–D und 4 ist nur eine von vielen Möglichkeiten, die innerhalb des Geltungsbereiches der Erfindung liegen. Die Form und die Position der Korrekturelektrode aus 4 zeigt eine beste Art, den Primärelektronenstrahl unter einem Auftreffwinkel 42 von 45° Grad zu betreiben. Wenn andere Auftreffwinkel 42 bevorzugt werden, kann es gut sein, dass andere Formen oder Positionen der ersten Elektrode 105 und der Korrekturelektrode 115 bevorzugt werden. In diesem Fall wird ein Fachmann wissen, welche Elektrodenform und welche Positionierung zu nehmen sind, um eine Verbesserung der Fokussierung nach der Erfindung zu erhalten. Der Fachmann wird auch wissen, dass der Schutz des fokussierenden, elektrischen Feldes 110 vor einer Störung vom Spezimen 3 oder von anderen externen, elektrisches Potential tragenden Strukturen desto besser ist, je größer der Abdeckwinkel 120 der Korrekturelektrode 115 ist. Auf der anderen Seite wird der Fachmann auch wissen, dass die Korrekturelektrode 115 mit einem zu großen Abdeckwinkel 120 im Weg sein kann, wenn die Fokussierlinse 100 bei einer kurzen Arbeitsdistanz geneigt wird. Deshalb sollte der Abdeckwinkel 120 der Korrekturelektrode 115 gemäß dem Auftreffwinkel 42 gewählt werden, unter dem die Fokussierlinse 100 betrieben wird.
Eine andere Option zum Verbessern der Fokussierqualität der Fokussierlinse nach der Erfindung beinhaltet den Gebrauch einer Korrekturelektrode 115, die in zwei, drei oder sogar mehr Elektroden segmentiert ist, um verschiedene Korrekturelektrodenspannungen Vc an jedes Segment anzulegen. Die Segmentierung der Korrekturelektrode 115 verbessert auch die Flexibilität für die Kompensation der Störungen des elektrischen Feldes, die aufgrund eines geneigten Spezimen unter verschiedenen Auftreffwinkeln 42 auftauchen.
Die Fokussierlinse nach der Erfindung ist bevorzugt Teil eines Gerätes für einen geladenen Teilchenstrahl zum Untersuchen oder Strukturieren eines Spezimen unter Auftreffwinkeln, die signifikant von 90° Grad abweichen. Zum Beispiel kann die in 2a–b und 4 gezeigte Fokussierlinse für das REM aus 1a–b genutzt werden. Auf diese Art ist es möglich, ein Spezimen mit einer kombinierten magnetisch-elektrostatischen Linse unter verschiedenen Auftreffwinkeln mit einer Arbeitsdistanz von weniger als 2 mm zu untersuchen.

Claims

Eine Fokussierlinse (100) zum Fokussieren eines Strahls (7) geladener Teilchen auf ein Spezimen (3) unter einem vorbestimmten Auftreffwinkel (42), beinhaltend: zumindest eine erste Elektrode (26a, 9a; 105, 105a; 107) mit einer ersten Apertur (106), um ein fokussierendes elektrisches Feld (110) zum Fokussieren des Strahls (7) geladener Teilchen auf das Spezimen (3) zu generieren; und eine Korrekturelektrode mit einer konusartig geformten, gekrümmten Fläche (115), um Störungen des fokussierenden elektrischen Felds (110) zu kompensieren, die von dem Auftreffwinkel abhängen, und durch das Spezimen verursacht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die konusartige geformte, gekrümmte Fläche (115) der Korrekturelektrode eine Öffnung (118) auf einer Seite hat, um einen Platz für das Spezimen (3) zur Verfügung zu stellen, um sich an die erste Elektrode (26a, 9a; 105, 105a; 107) anzunähern.
Die Fokussierlinse (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die gekrümmte Fläche (115) der Korrekturelektrode ausgerichtet ist, um rotationssymmetrisch in Bezug auf die symmetrische Achse (8) der ersten Apertur (106) zu sein.
Die Fokussierlinse (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die gekrümmte Fläche (115) der Korrekturelektrode die symmetrisch Achse (8) durch einen Abdeckwinkel (120) von maximal 350 Grad, bevorzugt maximal 300 Grad und besonders bevorzugt von maximal 210 Grad umgibt.
Die Fokussierlinse (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die gekrümmte Fläche (115) der Korrekturelektrode die Symmetrieachse (8) durch einen Abdeckwinkel (120) von mindestens 10 Grad, bevorzugt mindestens 60 Grad und besonders bevorzugt mindestens 180 Grad umgibt.
Die Fokussierlinse (100) gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der Abdeckwinkel (120) in der Ebene der ersten Apertur (106) gewählt ist.
Die Fokussierlinse (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die gekrümmte Fläche (115) der Korrekturelektrode starr an der zumindest ersten Elektrode (26a; 105, 105a) befestigt ist.
Die Fokussierlinse gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zumindest erste Elektrode (26a, 9a; 105, 105a; 107) und die Korrekturelektrode (115) elektrisch mit unterschiedlichen Spannungsquellen verbunden sind, um unterschiedliche Spannungen zur Verfügung zu stellen.
Die Fokussierlinse gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Elektrode (26a, 105, 105a) konusartig geformt ist.
Die Fokussierlinse gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die gekrümmte Fläche (115) der Korrekturelektrode (115) der ersten Elektrode konform gegenüberliegt.
Die Fokussierlinse gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Abstand D1 zwischen der zumindest einen ersten Elektrode (26a, 105, 105a) und der gegenüberliegenden gekrümmten Fläche (115) der Korrekturelektrode kleiner als 10 mm, bevorzugt kleiner als 4 mm und besonders bevorzugt kleiner als 2 mm ist.
Die Fokussierlinse gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine erste Elektrode (26, 105, 105a) und die Korrekturelektrode (115) angeordnet sind, um einer Spannung von zumindest 500 V, bevorzugt zumindest 2000 V und besonders bevorzugt zumindest 5000 V zwischen ihnen Stand zu halten.
Die Fokussierlinse gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die gekrümmte Fläche (115) der Korrekturelektrode geformt und positioniert ist, um mehr als 20%, bevorzugt mehr als 40% und besonders bevorzugt mehr als 60% der konusartig geformten ersten Elektrode (105a) abzudecken, um die konusartig geformte erste Elektrode (105a) elektrostatisch abzuschirmen.
Die Fokussierlinse gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (118) der gekrümmten Fläche (115) der Korrekturlinse groß genug ist, um das Spezimen (3) näher zu der zumindest einen ersten Elektrode (105) anzuordnen, als der Abstand D1 zwischen der ersten Elektrode (26a, 105a) und der gekrümmten Fläche (115) der Korrekturelektrode.
Die Fokussierlinse gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Rand (126) der Öffnung (118) in der gekrümmten Fläche (115) der Korrekturelektrode im Wesentlichen eine Parabel beschreibt.
Die Fokussierlinse gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Spezimen (3) eine ebene Anordnung, wie ein Halbleiterwafer oder eine Maske für fotolithographische Prozesse ist, die bevorzugt einen Durchmesser größer als 300 mm und bevorzugt größer als 100 mm hat.
Die Fokussierlinse gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Scheitelwinkel der konusartig geformten Korrekturelektrode (115) zwischen 30 Grad und 160 Grad, bevorzugt zwischen 60 Grad und 120 Grad und besonders bevorzugt zwischen 85 Grad und 95 Grad ist.
Die Fokussierlinse gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, beinhaltend eine Spule (26) zum zur Verfügung stellen eines fokussierenden magnetischen Feldes zum Fokussieren des Strahls (7) geladener Teilchen.
Die Fokussierlinse gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, beinhaltend eine zweite Elektrode (9, 9a; 107) mit einer zweiten Apertur (108) zum Fokussieren des Strahls (7) geladener Teilchen.
Ein Gerät (1) für einen geladenen Teilchenstrahl um ein Spezimen (3) unter verschiedenen vorbestimmten Auftreffwinkeln (42) zu untersuchen oder zu strukturieren, beinhaltend: eine Quelle (5) für einen geladenen Teilchenstrahl, um einen geladenen Teilchenstrahl (7) zu generieren; eine Fokussierlinse (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, um den geladenen Teilchenstrahl (7) auf das Spezimen (3) zu fokussieren.
Das Gerät für einen geladenen Teilchenstrahl gemäß Anspruch 19, beinhaltend einen Kippmechanismus (22) um die Symmetrieachse (8) der Fokussierlinse (100) in Bezug auf die Fläche des Spezimen (3) zum Untersuchen oder Strukturieren des Spezimen (3) zwischen zumindest zwei unterschiedlichen Auftreffwinkeln (42) zu kippen.
Das Gerät für einen geladenen Teilchenstrahl gemäß Anspruch 20, wobei der Kippmechanismus (22) geeignet ist, die Symmetrieachse (8) der Fokussierlinse (100) zu kippen, um einen vertikalen Auftreffwinkel (42) und einen gekippten Auftreffwinkel (42) zur Verfügung zu stellen, der sich von dem vertikalen Auftreffwinkel (42) durch zumindest 20 Grad und bevorzugt zumindest 40 Grad unterscheidet.
Das Gerät für einen geladenen Teilchenstrahl gemäß einem der Ansprüche 20 bis 21, wobei der Kippmechanismus (22) geeignet ist, um einen gekippten Auftreffwinkel (42) zur Verfügung zu stellen, der die Hälfte des Konus-Scheitelwinkels (122) des Konus der konusartig geformten ersten Elektrode (105a) ist.
Das Gerät für einen geladenen Teilchenstrahl gemäß einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die Symmetrieebene (10) der Fokussierlinse (100) im Wesentlichen gleich der Kippebene (124) ist.
Ein Verfahren zum Verwenden eines Geräts gemäß einem der Ansprüche 19 bis 23 zum Untersuchen oder Strukturieren eines Spezimen (3) mit einem geladenen Teilchenstrahl (7) bei unterschiedlichen Auftreffwinkeln (42), beinhaltend: zur Verfügung stellen eines Gerätes für einen geladenen Teilchenstrahl gemäß einem der Ansprüche 19 bis 23; Untersuchen oder Strukturieren des Spezimen bei einem ersten Auftreffwinkel bei einer ersten Spannung der Korrekturelektrode, die an der Korrekturelektrode angelegt ist; und Untersuchen oder Strukturieren des Spezimen unter einem zweiten Auftreffwinkel bei einer zweiten Spannung der Korrekturelektrode, die an die Korrekturelektrode angelegt ist.
Ein Verfahren zum Verwenden eines Geräts gemäß einem der Ansprüche 19 bis 23 zum Untersuchen oder Strukturieren eines Spezimen (3) mit einem geladenen Teilchenstrahl (7) bei unterschiedlichen Auftreffwinkeln (42), beinhaltend: zur Verfügung stellen eines Gerätes für einen geladenen Teilchenstrahl gemäß einem der Ansprüche 19 bis 23; Untersuchen oder Strukturieren des Spezimen bei einem ersten Auftreffwinkel mit der Korrekturelektrode an einer ersten Position in Bezug auf die zumindest eine erste Elektrode; und Bewegen der Korrekturelektrode (115) in Bezug auf die erste Elektrode (105); Untersuchen oder Strukturieren des Spezimen bei einem zweiten Auftreffwinkel mit der Korrekturelektrode an einer zweiten Position in Bezug auf die zumindest erste Elektrode.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 25, wobei der erste Auftreffwinkel angepasst ist, um im Bereich zwischen 70 Grad und 110 Grad, bevorzugt zwischen 80 Grad und 100 Grad und besonders bevorzugt zwischen 85 Grad und 95 Grad in Bezug auf die Fläche des Spezimen zu sein.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei der zweite Auftreffwinkel angepasst ist, um in einen Bereich zwischen 20 Grad und 70 Grad, bevorzugt zwischen 30 Grad und 60 Grad und besonders bevorzugt zwischen 40 Grad und 50 Grad in Bezug auf die Fläche des Spezimen zu sein.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 26 bis 27, wobei eine Spannung der ersten Korrekturelektrode eingestellt ist, um gleich der Spezimen-Spannung Vs zu sein, die an dem Spezimen angelegt ist, oder angepasst ist, um in dem Bereich zu sein, der durch die Spannungen zwischen der Spezimen-Spannung Vs und der Spannung des ersten Elektrode V1, die an die erste Elektrode angelegt ist, definiert ist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 27 bis 28, wobei eine zweite Spannung der Korrekturelektrode eingestellt ist, um außerhalb des Bereiches zu sein, der durch die Spannungen zwischen der Spezimen-Spannung Vs, die an das Spezimen angelegt ist, und der Spannung der ersten Elektrode V1, die an die erste Elektrode angelegt ist, definiert ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 29, wobei die Spannung der zweiten Korrekturelektrode auf eine Spannung eingestellt ist, die durch 2·Vs – V1 mit einer Toleranz von weniger als 50%, bevorzugt weniger als 20% und besonders bevorzugt weniger als 10% gegeben ist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 24 bis 30, wobei die ersten und/oder zweiten Auftreffwinkel durch den Kippmechanismus gemäß einem der Ansprüche 20 bis 23 eingestellt sind.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 25 bis 31, wobei der Abstand zwischen der zweiten Position und der ersten Elektrode größer ist als der Abstand zwischen der ersten Position und der ersten Elektrode, und zwar um einen Faktor von zumindest 2, bevorzugt zumindest 10, und besonders bevorzugt zumindest 100.