DE69011908T2

DE69011908T2 - Fokussierung eines Elektronenstrahls.

Info

Publication number: DE69011908T2
Application number: DE69011908T
Authority: DE
Inventors: Kimio Kanda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-03-10
Filing date: 1990-02-14
Publication date: 1995-03-23
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: US5032725A; EP0386894A2; JPH0766770B2; JPH02236937A; DE69011908D1; EP0386894B1; EP0386894A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Fokussieren eines Elektronenstrahls auf eine Probe und sie beschäftigt sich insbesondere mit der Anwendung eines solchen automatischen Fokussierungsverfahrens auf ein Elektronenmikroskop. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Fokussieren eines Elektronenstrahls, ein Verfahren zum Betreiben eines Elektronenmikroskops und ein Elektronenmikroskop mit automatischer Fokussiervorrichtung.
Es ist bekannt, für automatische Fokussierung des Elektronenstrahls in einem Elektronenmikroskop zu sorgen. Automatische Standardfokussiermethoden beinhalten eine Untersuchung des optimalen Brennpunkts für eine festgelegte Vergrößerung, die vom Bediener festgelegt wird und die normalerweise einer Vergrößerung entspricht, mit der der Bediener eine Probe zu untersuchen wünscht. Bei einem solchen Fokussierverfahren wird die Ermittlung des optimalen Brennpunkts bei der festgelegten Vergrößerung auf Grundlage der Erfassung von Sekundärelektronen ausgeführt, die von der Probe emittiert werden, wenn der Elektronenstrahl des Elektronenmikroskops auf die Probe fällt. Ein geeigneter Detektor kann derartige Sekundärelektronen erfassen, und durch Untersuchen der Änderung der Sekundärelektronen, wenn der Elektronenstrahl über die Probe gerastert wird, kann der optimale Brennpunkt bestimmt werden. Um dies auszuführen, wird die Änderung des Sekundärelektronensignals für jede von mehreren Stromstärken untersucht, die Stärken des Stroms sind, der die elektromagnetische Kondensorlinse steuert, die die Fokussierung des Elektronenstrahls bestimmt. Auf diese Weise wird ein Bereich von Ausgangssignalen erhalten und der optimale Wert kann ausgewählt werden.
In US-4,199,681 ist vorgeschlagen, daß ein automatisches Abrasterverfahren geschaffen wird, bei dem eine Änderung der Vergrößerung besteht. Zunächst wird das optimale Sekundärelektronen-Ausgangssignal für eine relativ kleine Vergrößerung untersucht. Bei dieser kleinen Vergrößerung wird der Strom durch die Kondensorlinse schrittweise variiert, mit einem ersten Intervall zwischen den Schritten, bis der optimale Wert überschritten ist. Dann wird die Vergrößerung erhöht und der Fokussierstrom wird erneut schrittweise verändert, und zwar in entgegengesetzter Richtung zur ersten Änderung und mit einem zweiten Intervall zwischen den Schritten, das kleiner als das erste ist. Erneut wird die Vergrößerung geändert, wenn das optimale Ausgangssignal überschritten ist und die Richtung der schrittweisen Änderung wird geändert und das Intervall dieser Änderung wird erneut verkleinert. Es ist beabsichtigt, daß das System auf diese Weise korrekt fokussiert.
Das Standardfokussierverfahren bei festgelegter Vergrößerung berücksichtigt nicht, daß die Vergrößerung, bei der gute Fokussierergebnisse erzielt werden können, nicht immer dieselbe ist. In US 4,199,681 ist angenommen, daß die besten Ergebnisse bei der höchsten Vergrößerung erzielt werden, jedoch nimmt US4,199,681 an, daß es erforderlich ist, von einer kleinen Vergrößerung auszugehen, um ein grobes Fokussierergebnis zu erzielen, und dann die Vergrößerung schrittweise zu ändern, um genaueres Fokussieren zu erzielen. US 4,199,681 nimmt ferner an, daß die beste Fokussierung bei der höchsten Vergrößerung erzielt wird.
Jedoch haben die Erfinder herausgefunden, daß die Probe selbst eine Auswirkung auf die Vergrößerung haben kann, bei der optimale Fokussierung erzielt wird. Um dies zu verstehen, sei der Fokussiervorgang betrachtet. In einem Elektronenmikroskop wird die Vergrößerung durch das Verhältnis der Breite des erhaltenen Bildes, normalerweise auf einer Kathodenstrahlröhre (Monitor) zur Abrasterbreite des Elektronenstrahls bestimmt. Wenn die Abrasterzeit festgelegt ist, ist für eine vorgegebene Vergrößerung auch die Abrasterbreite festgelegt. Wenn die Probe über die Abrasterbreite eine detaillierte Oberflächenstruktur aufweist, wird im Sekundärelektronen-Ausgangssignal eine große Änderung erfaßt und es existiert eine große Streuung, die beim Ermitteln des Brennpunkts verwendet wird. Daher führen, wenn die Probe eine detaillierte Oberflächenstruktur aufweist, höhere Vergrößerungen zu besserer Fokussierung. Es existiert jedoch eine Obergrenze, da dann, wenn die Abrasterzeit festgelegt ist und die Vergrößerung erhöht wird, daraus eine Verkleinerung der Abrasterbreite resultiert und schließlich ein Punkt erreicht wird, bei dem die Abrasterbreite zu klein ist, um deutliche Änderungen der Oberflächenstruktur aufzeichnen zu können. Bei einer Probe mit relativ großer Oberflächenstruktur ist jedoch eine große Abrasterbreite erforderlich, um eine große Änderung des Sekundärelektronen-Ausgangssignals zu erhalten. Daher ist die optimale Vergrößerung eine andere.
So hat die Erfindung ihren Ursprung in der Erkenntnis, daß sich die optimale Vergrößerung abhängig von der Probe ändert und daß das Standardsystem, das mit festgelegten Vergrößerungen arbeitet, oder das System gemäß US 4,199,681, bei dem angenommen ist, daß die besten Ergebnisse notwendigerweise bei höheren Vergrößerungen erzielt werden, nicht zufriedenstellend sind.
So ist gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung ein Verfahren zum automatischen Fokussieren eines Elektronenstrahls auf eine Probe geschaffen, bei welchem Fokussieren das Einfallen des Strahls in die Probe bewirkt, daß ein Ausgangssignal erzeugt wird;
- dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Untersuchungsvorgänge für eine entsprechende Anzahl von Vergrößerungen oder Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten des Strahls auf der Probe ausgeführt werden, wobei zu jedem Untersuchungsvorgang das Untersuchen des Ausgangssignals für mehrere Strahlbrennpunkte gehört;
- dadurch gekennzeichnet, daß der Untersuchungsvorgang folgende Schritte beinhaltet:
a) entweder Auswählen einer Vergrößerung aus den mehreren Vergrößerungen, wobei die Abrasterzeit oder -geschwindigkeit festliegen, oder Auswählen einer Abrasterzeit oder -geschwindigkeit aus den mehreren Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten, wobei die Vergrößerung festliegt;
b) Auswählen eines Brennpunkts für den Strahl aus mehreren Brennpunkten;
c) Ermitteln des Ausgangssignals bei dem einen Brennpunkt;
d) Wiederholen der Schritte a) bis c) für die anderen der mehreren Brennpunkte, um denjenigen Brennpunkt der mehreren Brennpunkte zu ermitteln, der dem optimalen Ausgangswert des Ausgangssignals entspricht; und
e) entweder Wiederholen der Schritte b) bis d) für andere der mehreren Vergrößerungen, wobei die Abrasterzeit oder -geschwindigkeit festliegt, um mehrere optimale Ausgangswerte zu erhalten, die den mehreren Vergrößerungen entsprechen, oder Wiederholen der Schritte b) bis d) für andere der mehreren Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten, wobei die Vergrößerung festliegt, um mehrere optimale Ausgangswerte zu erhalten, die den mehreren Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten entsprechen, und Vergleichen der mehreren optimalen Ausgangswerte, um dadurch den optimalen unter den mehreren optimalen Ausgangswerten zu erhalten.
Gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Verfahren gemäß Anspruch 3 geschaffen, bei dem die Untersuchung der Ergebnisse der Untersuchungsvorgänge ein Wiederholen des Schritts b) für jede Vergrößerung oder Abrasterzeit oder Geschwindigkeit der mehreren Vergrößerungen oder Abrasterzeiten oder Geschwindigkeiten beinhaltet, um dadurch mehrere optimale Werte des Ausgangssignals zu ermitteln, wobei die mehreren optimalen Werten den mehreren Vergrößerungen oder Abrasterzeiten oder Geschwindigkeiten entsprechen.
Gemäß einer dritten Erscheinungsform der Erfindung ist eine Vorrichtung zum automatischen Fokussieren eines Elektronenstrahls auf eine Probe geschaffen, mit einer Einrichtung die so ausgebildet ist, daß sie mehrere Untersuchungsvorgänge für eine entsprechende Anzahl von Vergrößerungen oder Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten des Strahls auf der Probe ausführt, wobei jeder Untersuchungsvorgang die Untersuchung eines Ausgangssignals beinhaltet, das von der Probe erzeugt wird, die vom Strahl mit mehreren Brennpunkten des Strahls bestrahlt wird;
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Einrichtungen zum Untersuchen der Ergebnisse der mehreren Untersuchungsvorgänge aufweist, welche Vorrichtungen so ausgebildet sind, daß sie die mehreren Untersuchungsvorgänge ausführen, mit:
-- einer ersten Auswahleinrichtung zum Vornehmen einer Auswahl unter den mehreren Vergrößerungen oder Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten;
-- einer zweiten Auswahleinrichtung zum Vornehmen einer Auswahl unter den mehreren Brennpunkten;
-- einer Ausgabeeinrichtung zum Erzeugen des Ausgangssignals aufgrund des fokussierenden Einfalls des Strahls auf die Probe; und
-- einer Einrichtung zum Ermitteln der optimalen der mehreren Vergrößerungen oder Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten.
Wenn die optimale Vergrößerung einmal ermittelt ist, kann anschließend eine Verwendung des Elektronenmikroskops mit dieser Probe so ausgeführt werden, daß der bei der optimalen Vergrößerung ermittelte Brennpunkt verwendet wird.
Wie vorstehend genannt, wird für jede Vergrößerung die Brennweite zum Beispiel durch Verändern des Kondensorlinsenstroms in einem Elektronenmikroskop verändert. Normalerweise erfolgt dies mit einer Reihe von Schritten, ausgehend von einem relativ kleinen Wert. Es ist dann erwünscht, daß die "Höhe" der Schritte festliegt und auch daß der Maximal- und Minimalwert des Bereichs, über den der Strom schrittweise durchgefahren wird, festliegt. Dies, weil es wichtig ist, daß das System auf einen Bereich von Proben angepaßt werden kann. Es ist zu beachten, daß dieses Festlegen des Bereichs und der "Höhe" der Stromschritte gemäß US 4,199,681 nicht erfolgt.
Die Höhe und der Bereich der Stromschritte können automatisch festgelegt werden. In manchen Fällen ist es jedoch erwünscht, daß mindestens der Bereich vom Bediener des Elektronenmikroskops einstellbar ist.
Auf ähnliche Weise ist es erwünscht, daß der Maximal- und Minimalwert des Bereichs der Vergrößerungen ebenfalls festgelegt oder vom Bediener einstellbar ist.
Z.B. kann der Bediener aus Erfahrung wissen, daß die wahrscheinliche optimale Vergrößerung für eine spezielle Probe in einem begrenzten Bereich von Vergrößerungen liegt. Dann kann dieser Bereich eingestellt werden und daher muß das erfindungsgemäße Verfahren nur im begrenzten Bereich arbeiten, was die Ermittlung des optimalen Fokussierstroms beschleunigt.
In der vorstehenden Beschreibung ist die Erfindung auf Grundlage einer Änderung der Vergrößerung erörtert. Jedoch existiert eine andere Vorgehensweise zum Ausführen der Erfindung, bei der die Vergrößerung festliegt. Anstatt die Vergrößerung zu verändern, wird die Abrasterzeit oder -geschwindigkeit variiert. Da das Festlegen der Vergrößerung die Abrasterbreite festlegt, eröht dies die Abrastergeschwindigkeit. Dad Ändern der Abrasterzeit oder -geschwindigkeit erzeugt einen ähnlichen Effekt wie das Ändern der Vergrößerung.
Bei einer Änderung der Vergrößerung oder der Abrasterzeit oder -geschwindigkeit ergibt sich das Ergebnis, daß eine Reihe "optimaler" Ausgangswerte erhalten wird, die optimalem Fokussieren für verschiedene Vergrößerungen oder Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten entsprechen. Vorzugsweise wird der optimale Ausgangswert bei einer Vergrößerung, Abrasterzeit oder -geschwindigkeit mit dem "optimalen" Ausgangswert verglichen, der für die vorige Abrasterzeit erhalten wurde. Wenn der erstere "optimale" Wert "optimaler" als der letztere ist, wird gemäß der Erfindung mit einer weiteren Vergrößerung oder Abrasterzeit oder -geschwindigkeit fortgefahren. Wenn jedoch der erstere "optimale" Ausgangswert schlechter als der letztere optimale Ausgangswert ist, weiß das System, daß das wahre Optimum überschritten ist und daß das wahre Optimum anschließend verwendet werden kann.
Jedoch existiert eine alternative Vorgehensweise zum Ermitteln des optimalsten der "optimalen" Ausgangswerte. Ein Speicher speichert den "optimalen" Ausgangswert für jede Vergrößerung oder Abrasterzeit. Dann kann der optimalste Ausgangswert ermittelt werden, wenn alle Vergrößerungen oder Abrasterzeiten im Bereich der Vergrößerungen oder Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten untersucht wurden.
Wie vorstehend erwähnt, ist die Erfindung insbesondere auf ein Elektronenmikroskop anwendbar, in welchem Fall der Fokussierstrom der Strom ist, der die Fokussierung der Kondensorlinse oder von Kondensorlinsen, die ein Kondensorlinsenarray bilden, festlegt.
In der vorstehenden Beschreibung wurde auf den optimalen Wert des Ausgangssignals der Sekundärelektronen von der Probe Bezug genommen. Um dieses Ausgangssignal zu ermitteln, reicht es nicht aus, lediglich nach einem Maximalwert zu sehen, da sich der Wert an jedem Punkt der Probe wegen der Oberflächenstruktur derselben ändert. Statt dessen wird das zeitliche Differential des Ausgangssignals gebildet und dann werden diese Werte über einen vorgegebenen Bereich integriert.
Es wird nun eine Ausführungsform der Erfindung im einzelnen und beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Teils eines Elektronenmikroskops ist, in dem die Erfindung enthalten sein kann;
Fig. 2 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen dem Objektivlinsenstrom und dem Absolutwert des differenzierten Ausgangssignals zeigt;
Fig. 3 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der Vergrößerung und dem Absolutwert des differenzierten Ausgangssignals zeigt;
Fig. 4 ein Flußdiagramm zu einem automatischen Fokussierverfahren zeigt, das ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 5 ein Blockdiagramm eines anderen automatischen Fokussierverfahrens zeigt, das ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, die ein schematisches Blockdiagramm eines Teils eines Elektronenmikroskops ist, in dem die Erfindung enthalten sein kann und in dem ein Elektronenstrahl 1 durch eine elektromagnetische Kondensorlinse 3 auf die Oberfläche einer Probe 4 fokussiert wird. Wenn dies erfolgt, wird dafür gesorgt, daß der Strahl 1 aufgrund des Einflusses einer Ablenkspule 2 über die Oberfläche der Probe 4 rastert. Das von der Probe 4 durch Einstrahlen des Elektronenstrahls 1 erzeugte Signal (im allgemeinen ein Sekundärelektronensignal) 5 wird von einem Detektor 6 empfangen und in ein elektrisches Signal umgesetzt und auf einer (nicht dargestellten) Kathodenstrahlröhre (einem Monitor) über einen Videoverstärker 7 dargestellt, der ein Videosignal erzeugt. Die Vergrößerung des angezeigten Bilds entspricht dem Verhältnis der Abrasterbreite des auf der Kathodenstrahlröhre dargestellten Bilds zur Abrasterbreite des Elektronenstrahls über die Probe 4. Wenn das auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre darzustellende Bild genau fokussiert ist, ist der Durchmesser des Elektronenstrahlflecks auf der Probe 4 minimal. Beim erfindungsgemäßen automatischen Fokussierverfahren wird der Fleckdurchmesser des auf die Probe 4 gestrahlten Elektronenstrahls 1 nicht durch manuelles Ändern des Erregungsstroms der Kondensorlinse 3 minimiert. Anstatt die Brennweite der Kondensorlinse 3 durch Änderung von Hand zu minimieren, führt die Vorrichtung dies automatisch selbst durch.
In Fig. 1 wird das Videoausgangssignal des Videoverstärkers 7 einer Differenzierschaltung 8 zugeführt, die das differenzierte Signal dieses Ausgangssignals sowie den Modul (Absolutwert) dieses Differentialwerts erzeugt. Dann wird dieser Differentialwert zu einer Integrationsschaltung 9 weitergeleitet, die das Integral des Absolutwerts des Differentialwerts über eine vorgegebene Zeitspanne ermittelt. Das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 9 kennzeichnet die optimale Fokussierung. Das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 9 wird einer Kondensorlinse-Stromsteuerschaltung 10 zugeführt, die ein Signal an einen D/A-Umsetzer 11 und damit über einen Stromverstärker 12 an die Kondensorlinse 3 ausgibt. In Fig. 1 sind auch eine Ablenkspule-Stromsteuerschaltung 13 zum Steuern der Ablenkspule 2 sowie eine Startschaltstufe 14 dargestellt, die den automatischen Fokussiervorgang startet. Die Kondensorlinse-Stromsteuerschaltung 10, die Ablenkspule-Stromsteuerschaltung 13 und die Startschaltstufe 14 sind über einen CPU-Bus 15 mit einer Verarbeitungseinheit (CPU) 16 verbunden, die das automatische Fokussierverfahren steuert. Auch kann ein Speicher 17, wie in Fig. 1 dargestellt, Stromstärken zur Verwendung von der Ablenkspule-Stromsteuerschaltung speichern und es kann eine von einem Bediener bedienbare Eingabeeinrichtung 18 vorhanden sein, um eine Vergrößerung und/oder einen Fokussierbereich einzugeben.
Beim automatischen Fokussieren wird automatisch nach dem Erregerstrom für die Kondensorlinse 3 in solcher Weise gesucht, daß die Hochfrequenzkomponenten des Videosignals maximal werden. Die Grundidee hinter diesem Vorgang ist in Fig. 2 veranschaulicht. Durch schrittweises Verändern des Kondensorlinsenstroms I&sub0; mit der Zeit t, ausgehend von einem Minimalwert I&sub0;MIN bis auf einen Maximalwert I&sub0;MAX (oder umgekehrt) wird der optimale Kondensorlinsenstrom I&sub0;OP automatisch so gesucht, daß der absolute Differenzwert ds(I&sub0;)/dt des Videosignals S(I&sub0;) als Funktion des Objektivlinsenstroms maximal wird. Jedoch enthält der absolute Differentialwert ds(I&sub0;)/dt des Videosignals S(I&sub0;) einen sich ändernden Momentanwert, so daß es wegen des Einflusses von Störsignalen oder des S/R-Verhältnisses extrem schwierig zu verarbeiten ist.
Daher wird, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, das Videosignal vom Videoverstärker 7, der über ein Bandpaßfilter verfügt, durch die Differenzierschaltung 8 in einen absoluten Differentialwert geändert, die dementsprechend ein Absolutwert-Ausgangssignal erzeugt, das über eine vorgegebene Zeitspanne von der Integrationsschaltung 9 integriert wird. Dieser Wert (der Kennzeichnungswert) wird als Funktion des Erregerstroms der Kondensorlinse 3 bestimmt, und der Kondensorlinsenstrom wird unter Verwendung des D/A-Umsetzers 11 und des Stromverstärkers 12 automatisch so gesteuert, daß der Kennzeichnungswert maximiert wird. Für die automatische Einstellung wird die Objektivlinse-Stromsteuerschaltung 10 verwendet, die mit dem CPU-Bus 15 und der CPU 16, die ein geeignetes Betriebsprogramm enthält, verbunden. Automatisches Fokussieren wird durch die Startschaltstufe 14 für automatische Fokussierung gestartet. Die Start/Endesteuerung für die Differenzierschaltung 8 und die Integrationsschaltung 9 wird durch einen über den CPU-Bus 15 übertragenen CPU-Befehl getriggert, was über die Kondensorlinse-Stromsteuerschaltung 10 erfolgt, wobei der CPU-Bus mit der Kondensorlinse-Stromsteuerung verbunden ist.
Jedoch tritt, wie vorstehend erörtert, ein Problem aufgrund der Feinheit der Probenoberflächenstruktur auf. Da herkömmliches automatisches Fokussieren nur auf Grundlage des Videosignals durch Durchrastern des Elektronenstrahls 1 über die Probe 4 ausgeführt wird, wobei die Vergrößerung von einem Bediener eingestellt wird, schlägt die automatische Fokussierung fehl, wenn ungeeignete Relativbeziehungen zwischen der Feinheit der Oberflächenstruktur der Probe 4 und der Abrasterbreite des Elektronenstrahls 1 auf der Probe 4 bestehen. Dies, weil, um den optimalen Kondensorlinsenstrom mit gutem S/R-Verhältnis in kurzer Zeit unter Verwendung des Kennzeichnungswerts ds(I&sub0;)/dt dt, der aus dem Videosignal S(I&sub0;) erhalten wird, zu ermitteln, ein Bandpaßfilter mit relativ schmalem Band mit dem Videoverstärker 7 kombiniert ist. Wenn z.B. herkömmliches automatisches Fokussieren mit einer Probe wie einem auf einem Siliziumwafer ausgebildeten Photoresistmuster ausgeführt wird, arbeitet der automatische Fokussiervorgang nur im Bereich vor Verstärkung gut, aber arbeitet im Bereich niedriger Verstärkung nicht gut. Dies, weil die Abrasterzeit des Elektronenstrahls 1 über die Probe 4 konstant ist. Wenn dann die Abrasterbreite groß ist (d.h., wenn die Vergrößerung klein ist), wächst die effektive Abrastergeschwindigkeit über die Probe an und dann kann die Videosignalfrequenzkomponente, die dem optimalen Objektivlinsenstrom entspricht, nicht als Maximalwert des Kennzeichnungswerts ds(I&sub0;)/dt dt erfaßt werden.
Die Erfindung schlägt vor, daß ein Rasterelektronenmikroskop, oder eine ähnliche Vorrichtung, über eine automatische Fokussierfunktion zum Überwinden dieser Mängel verfügt. Gemäß Fig. 1 kann das der Erfindung zugrundeliegende Problem überwunden werden, da das Steuersystem der Ablenkspule- Stromsteuerschaltung 13, das die Vergrößerung in bezug auf die Ablenkspule 2 steuert (d.h. die Elektronenstrahl-Abrasterbreite über die Probe 4) in den Algorithmus zum automatischen Fokussieren eingeschlossen ist.
Der Betrieb des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 und Fig. 3 erläutert. Zunächst ist das Videosignal, bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung, eine Funktion S(I&sub0;, M) sowohl des Kondensorlinsenstroms I&sub0; als auch der Vergrößerung M.
Wenn die Vergrößerung auf einen vorgegebenen Wert festgelegt ist, wie beim herkömmlichen automatischen Fokussiersystem, wird als Maximalwert des Erkennungswerts folgendes erhalten:
ds(I&sub0;, Mj)/dt dt
dann ist der Kondensorlinsenstrom I&sub0; auf einen Wert (tatsächlich den provisorischen Optimalwert I&sub0;OP(i)) fixiert, der dem wie vorstehend erörtert erhaltenen Maximalwert entspricht. Dann wird die Vergrößerung M so geändert, daß der maximale Erkennungswert wie in Fig. 3 dargestellt erhalten wird.
Wenn bei diesem Vorgang die Bedienperson vorab die variable Breite und die Vergrößerungsschritte abhängig von der einer mikroskopischen Untersuchung unterliegenden Probe festlegt, kann die Suche nach dem maximalen Erkennungswert wirkungsvoll und in kurzer Zeit ausgeführt werden. Wenn z.B. automatische Fokussierung an einem auf einem Siliziumwafer ausgebildeten Photoresistmuster von 1 um Breite ausgeführt wird und wenn ein Rasterelektronenmikroskop verwendet wird, das eine Elektronenkanone mit elektrischer Feldemission verwendet, reichen 20.000 mal, 30.000 mal und 40.000 mal für die variable Breite und die Vergrößerungsschritte aus. In jedem Fall ist es erwünscht, daß die Vorrichtung so aufgebaut ist, daß sie es ermöglicht, viele Arten variabler Breite und Vergrößerungsschritte zu wählen.
Dann wird die Vergrößerung auf der so erhaltenen optimalen Vergrößerung fixiert und es wird automatische Fokussierung ausgeführt. Durch Verstellen des provisorischen Optimalwerts des früher erhaltenen Objektivlinsenstroms I&sub0;OP(i), um einen kleinen Wert zur Plusseite und zur Minusseite um jeweilige Erkennungswerte zu erhalten, kann der wahre Optimalwert I&sub0; bei der optimalen Vergrößerung MOP in Fig. 3 bestimmt werden. Der Kondensorlinsenstrom wird auf diesen Wert fixiert. Wenn automatische Fokussierung durch diese Vorgänge abgeschlossen ist, wird nur die Vergrößerung automatisch auf die vorige Bildbeobachtungsvergrößerung MB/AFC zurückgesetzt, die vor dem automatischen Fokussiervorgang eingestellt war, wobei automatisches Fokussieren mit der vom Bediener eingestellten Vergrößerung MB/AFC zur Zufriedenheit des Bedieners ausgeführt wird. Ein Flußdiagramm für diesen Vorgang beim Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt.
Fig. 4 veranschaulicht Schritte beim automatischen Fokussierverfahren gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Fig. 4 beginnt der Vorgang mit einem ersten Schritt 20 und in einem Schritt 21 wird im ersten Stadium des Verfahrens die Vergrößerung M auf einen Anfangswert MI eingestellt. Dann wird in einem Schritt 22 der Strom I&sub0; zum Steuern der Kondensorlinse 3 auf einen Anfangswert I&sub0;j eingestellt. Unter Verwendung der Vergrößerung MI und des Stroms I&sub0;j wird der Elektronenstrahl 1 in einem Schritt 23 über eine Probe 4 gerastert, der absolute Differentialwert des Videostroms S wird ermittelt und dieser wird in einem Schritt 24 integriert, um ein erstes Ausgangssignal Qji zu erzeugen.
Dann wird in einem Schritt 25 ein Vergleichsvorgang ausgeführt. Für die vorstehend beschriebenen Anfangswerte besteht kein früherer Wert, mit dem ein Vergleich ausgeführt werden kann, und dann läuft die Verarbeitung zwangsweise über einen Weg 26, in dem der Wert von j um eins erhöht wird, zu einem Schritt 27 und dieser neue Wert von j wird dann als neuer Wert von I&sub0; verwendet. Mit diesem neuen Wert erzeugt der Schritt 24 einen neuen Wert von Q und dieser neue Wert von Q wird mit dem ersten Wert von Q verglichen. Wenn eine Erhöhung des Werts von Q vorliegt, läuft die Verarbeitung erneut über den Schritt 27. So erfolgt eine Iteration der Schritte 22, 23, 24, 25 und 27, bis ein Wert von Q erhalten wird, der kleiner als der vorige Wert oder gleich groß ist. Wenn er kleiner als der vorige Wert ist, wird j in einem Schritt 28 dekrementiert, wodurch der Optimalwert für I&sub0;, (I&sub0;(1)) erhalten wird. Wenn der Wert von Q dem vorigen Wert entspricht, kann er direkt verwendet werden. Dies ist der optimale Wert für die Vergrößerung Mi, wie durch einen Schritt 29 veranschaulicht.
Der nächste Schritt, der Schritt 30, ist ein weiterer Vergleichsschritt. Wenn die Vergrößerung Mi die erste verwendete Vergrößerung ist, geht die Verarbeitung unmittelbar vom Schritt 30 zu einem Schritt 31 weiter, in dem der Wert von i um eins erhöht wird. Für folgende Werte von i kann der Wert von Q, wie er für I&sub0; OP(i) bei der Vergrößerung Mi erhalten wird, mit dem entsprechenden Wert von Q für den vorigen Vergrößerungswert verglichen werden. Wenn der neue Wert von Q größer als der vorige Wert ist, geht die Verarbeitung erneut vom Schritt 30 zum Schritt 31 weiter. So liegt eine weitere Iterationsschleife über die Schritt 29, 30, 31, 21 vor, wobei jede dieser Iterationsschleifen eine Unteriterationsschleife mit den Schritten 22, 23, 24, 25 und 27 hat. Wenn der für eine vorgegebene Vergrößerung Mi erhaltene Wert von Q, d.h. (Qi), kleiner als der vorige Wert oder gleich groß ist, endet die Iteration. Wenn der Wert von Qi kleiner als der vorige Wert ist, wird i um eins verringert, wie im Schritt 31 dargestellt, und in einem Schritt 32 wird der optimale Wert I&sub0; OP für die optimale Vergrößerung MOP in Fig. 3 erhalten, der das Optimum der Optimalwerte von I&sub0; OP(i) für die Vergrößerungen ist. Erneut kann der Optimalwert direkt verwendet werden, wenn er dem vorigen Optimum gleich ist. Die Vergrößerung wird in einem Schritt 33 auf die vorige Bildbetrachtungsvergrößerung MB/AFC zurückgestellt und der automatische Fokussiervorgang endet mit einem Schritt 34. So wird der Optimalwert des Stroms I&sub0; für die Kondensorlinse 3 erhalten.
Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieses Verfahren unterscheidet sich von dem von Fig. 4 dahingehend, daß ein Bereich von Vergrößerungen vorliegt und daß eine Messung für alle diese Vergrößerungen ausgeführt wird. Anfänglich wird daher, nach dem Start des Vorgangs in einem Schritt 50, i in einem Schritt 51 auf einen Wert unter dem Minimalwert eingestellt und dann in einem Schritt 52 auf den Minimalwert. Dieser Minimalwert im Schritt 52 erzeugt in einem Schritt 53 einen ersten Vergrößerungswert. Dann wird der Videostrom für diese Vergrößerung für einem Bereich von Objektlinsenströmen untersucht. Dies ist derselbe Vorgang, wie er in Fig. 4 ausgeführt wurde und es sind dieselben Bezugszahlen verwendet, wobei es sich um die Schritte 22, 23, 24, 25, 27 und 28 handelt. Jedoch werden dann, in einem Schritt 54, die Optimalwerte von Q, I&sub0; und die zugehörigen Vergrößerungen in einem Speicher abgespeichert. Dann überprüft ein Schritt 55, ob die maximale Vergrößerung erreicht wurde. Wenn dies nicht der Fall ist, kehrt die Verarbeitung zum Schritt 52 zurück, um die Vergrößerung im Schritt 53 um eine Stufe zu erhöhen und dann erfolgt Iteration. Diese Iteration wird wiederholt, bis der Maximalwert für die Vergrößerung erreicht ist. Zu diesem Punkt sind eine Reihe von Werten von Q und entsprechenden Werten von I&sub0; für jede Vergrößerung erhalten. Dann wird, in einem Schritt 56, i auf den Wert im Schritt 51 zurückgesetzt und dann wie im Schritt 52 um eins inkrementiert, wie durch einen Schritt 57 veranschaulicht. In einem Schritt 58 werden dann die entsprechende Vergrößerung und der Wert von Q erhalten und der Wert von Q wird in einem Schritt 59 untersucht. Für den ersten Wert liegt kein früherer Wert zum Vergleich vor, jedoch beinhaltet der Schritt 59 für die folgenden Werte von i einen Vergleich mit dem direkt vorangehenden Wert aus der Iterationsreihe über die Schritte 57, 58 und 59. So arbeitet der Schritt 59 auf ähnliche Weise wie der Schritt 30. Wenn sich für ein Inkrement von i herausstellt, daß Q abnimmt, wurde der optimale Wert von M gefunden und die Verarbeitung geht zu einem Schritt 60 weiter, möglicherweise über einen Schritt 61, auf ähnliche Weise wie bei den Schritten 31 und 32 in Fig. 4. Mit diesem optimalen Wert von M kann der zugehörige optimale Wert von I&sub0; im Schritt 61 erhalten werden, und dann entsprechen Schritte 62 und 63 den Schritten 33 und 34. So wird erneut der optimalste Wert unter den Optimalwerten von I&sub0; erhalten.
Anschließend wird bei Messungen an der Probe der optimalste Wert der Optimalwerte von I&sub0; verwendet. Selbstverständlich muß das automatische Fokussieren wiederholt werden, wenn die Probe geändert wird.
Der Start des automatischen Fokussierens kann von Hand ausgelöst werden, wenn die Startschaltstufe 14 betätigt wird, um automatisches Fokussieren hervorzurufen, wie beim vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 erörterten Ausführungsbeispiel der Erfindung, oder er kann automatisch erfolgen, nachdem der Bediener das Feld für die mikroskopische Untersuchung verstellt hat. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß die Verstellung des Felds für die mikroskopische Untersuchung auf Grundlage eines vorprogrammierten Befehls ausgeführt wird.
Die vorstehende Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung beruhte auf der Annahme, daß die Vergrößerung verändert wird. Jedoch ist es auch möglich, wie zuvor erwähnt, die Erfindung mit einer Änderung der Abrasterzeit zu betreiben. In diesem Fall wird in den Schritten 21 bzw. 53 in den Fig. 4 bzw. 5 eine Anfangsabrasterzeit eingestellt und die Abrasterzeit wird im Iterationsprozeß ab den Schritten 30 bzw. 55 verändert. Ansonsten ist die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung der Abrasterzeit genauso wie oben. Selbstverständlich sollte dann, wenn die Vergrößerung verändert wird, die Abrasterzeit festliegen, und umgekehrt.
Gemäß der Erfindung kann wirkungsvolle automatische Fokussierung unabhängig von der Feinheit der Probenoberflächenstruktur und der für die Bildbetrachtung eingestellten Vergrößerung ausgeführt werden, wobei diese automatische Fokussierung sicher und wirkungsvoll ausgeführt wird.

Claims

1. Verfahren zum automatischen Fokussieren eines Elektronenstrahls (1) auf eine Probe (4), bei welchem Fokussieren das Einfallen des Strahls (1) in die Probe (4) bewirkt, daß ein Ausgangssignal (5, 6, 7, 8, 9, 24) erzeugt wird;

- wobei mehrere Untersuchungsvorgänge für eine entsprechende Anzahl von Vergrößerungen oder Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten des Strahls auf der Probe ausgeführt werden, wobei zu jedem Untersuchungsvorgang das Untersuchen des Ausgangssignals (5, 6, 7, 8, 9, 24) für mehrere Strahlbrennpunkte gehört;

- wobei der Untersuchungsvorgang folgende Schritte beinhaltet:

a) entweder Auswählen einer Vergrößerung aus den mehreren Vergrößerungen, wobei die Abrasterzeit oder -geschwindigkeit festliegen, oder Auswählen einer Abrasterzeit oder -geschwindigkeit aus den mehreren Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten, wobei die Vergrößerung festliegt;

b) Auswählen (22) eines Brennpunkts für den Strahl aus mehreren Brennpunkten;

c) Ermitteln (23, 24) des Ausgangssignals bei dem einen Brennpunkt;

d) Wiederholen (27) der Schritte a) bis c) für die anderen der mehreren Brennpunkte, um denjenigen Brennpunkt der mehreren Brennpunkte zu ermitteln (25), der dem optimalen Ausgangswert des Ausgangssignals entspricht; und

e) entweder Wiederholen (31) der Schritte b) bis d) für andere der mehreren Vergrößerungen, wobei die Abrasterzeit oder -geschwindigkeit festliegt, um mehrere optimale Ausgangswerte zu erhalten, die den mehreren Vergrößerungen entsprechen, oder Wiederholen (31) der Schritte b) bis d) für andere der mehreren Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten, wobei die Vergrößerung festliegt, um mehrere optimale Ausgangswerte zu erhalten, die den mehreren Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten entsprechen, und Vergleichen der mehreren optimalen Ausgangswerte, um dadurch den optimalen unter den mehreren optimalen Ausgangswerten zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Einfall des Strahls auf die Probe durch mindestens eine elektromagnetische Linse beeinflußt wird, deren Wirkung durch einen Fokussierstrom festgelegt wird, und bei dem jeder der mehreren Brennpunkte durch einen entsprechenden Fokussierstrom festgelegt wird, wobei zu jedem Schritt b) die Auswahl des Fokussierstroms gehört, der dem ausgewählten Brennpunkt zugeordnet ist.

3. Verfahren zum automatischen Fokussieren eines Elektronenstrahls (1) auf eine Probe (4), bei welchem Fokussieren das Einfallen des Strahls (1) in die Probe (4) bewirkt, daß ein Ausgangssignal (5, 6, 7, 8, 9, 24) erzeugt wird;

- wobei dafür gesorgt wird, daß der Elektronenstrahl durch mindestens eine elektromagnetische Linse auf die Probe fällt, wobei die Wirkung der mindestens einen elektromagnetischen Linse durch einen Fokussierstrom festgelegt wird; und

- wobei der Untersuchungsvorgang folgende Schritte beinhaltet:

b) Verändern des Fokussierstroms über mehrere Werte desselben; und

c) Untersuchen des Ausgangssignals für jeden Wert des Fokussierstroms, um zu ermitteln, welcher Wert dem optimalen Wert des Ausgangssignals entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem zum Untersuchen der Ergebnisse der Untersuchungsvorgänge ein Wiederholen von Schritt b) für jede Vergrößerung oder Abrasterzeit oder -geschwindigkeit der mehreren Vergrößerungen oder Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten gehört, um dadurch mehrere optimale Werte des Ausgangssignals (30) zu ermitteln, wobei die mehreren optimalen Ausgangswerte den mehreren Vergrößerungen oder Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten entsprechen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die mehreren Werte des Fokussierstroms einen Bereich bilden, wobei der Maximal- und der Minimalwert dieses Bereichs bei jeder Wiederholung von Schritt b) festliegen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Bereich automatisch festgelegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Bereich durch die Bedienperson einstellbar ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem die mehreren Werte des Fokussierstroms eine Folge bilden, in der sich benachbarte Stromwerte in der Folge um ein festes Ausmaß voneinander unterscheiden.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die mehreren Vergrößerungen oder Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten einen Bereich bilden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Maximal- und der Minimalwert des Bereichs automatisch festgelegt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Maximal- und der Minimalwert des Bereichs von einem Benutzer auswählbar sind.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Abrasterzeit der Strahlen auf der Probe festliegt und die Vergrößerung variiert wird.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Untersuchung der Ergebnisse der Untersuchungsvorgänge ein Vergleichen des optimalen Werts des Ausgangssignals jedes Untersuchungsvorgangs mit dem optimalen Wert des Ausgangssignals des direkt vorangehenden Untersuchungsvorgangs in einer Folge von Untersuchungsvorgängen beinhaltet, wobei der Vergleich angehalten wird, wenn ermittelt wird, daß der Optimalwert des Ausgangssignals eines der Untersuchungsvorgänge kleiner als der Optimalwert des Ausgangssignals für den direkt vorangehenden Untersuchungsvorgang ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Untersuchung der Ergebnisse der Untersuchungsvorgänge das Abspeichern der Ergebnisse jedes Untersuchungsvorgangs und ein anschließendes Vergleichen dieser Ergebnisse, nachdem der Untersuchungsvorgang für alle der mehreren Vergrößerungen oder Abrasterzeiten ausgeführt wurde, beinhaltet.

15. Verfahren zum Betreiben eines Elektronenmikroskops, bei dem ein Elektronenstrahl automatisch durch ein Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche auf eine Probe fokussiert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Untersuchung der Ergebnisse der Untersuchungsvorgänge dazu verwendet wird, den optimalen Fokussierstrom einer Kondensorlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls zu ermitteln, und bei dem das Elektronenmikroskop anschließend betrieben wird, um die Probe mit einem Wert des Fokussierstroms zu untersuchen, der diesem Optimum entspricht.

17. Vorrichtung zum automatischen Fokussieren eines Elektronenstrahls (1) auf eine Probe (4), mit einer Einrichtung, die so ausgebildet ist, daß sie mehrere Untersuchungsvorgänge für eine entsprechende Anzahl von Vergrößerungen oder Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten des Strahls auf der Probe ausführt, wobei jeder Untersuchungsvorgang die Untersuchung eines Ausgangssignals beinhaltet, das von der Probe erzeugt wird, die vom Strahl (1) mit mehreren Brennpunkten des Strahls (1) bestrahlt wird;

- wobei die Vorrichtung Einrichtungen zum Untersuchen der Ergebnisse der mehreren Untersuchungsvorgänge aufweist, welche Vorrichtungen so ausgebildet sind, daß sie die mehreren Untersuchungsvorgänge ausführen, mit:

-- einer ersten Auswahleinrichtung zum Vornehmen einer Auswahl unter den mehreren Vergrößerungen oder Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten;

-- einer zweiten Auswahleinrichtung zum Vornehmen einer Auswahl unter den mehreren Brennpunkten;

-- einer Ausgabeeinrichtung zum Erzeugen des Ausgangssignals aufgrund des fokussierenden Einfalls des Strahls auf die Probe; und

-- einer Einrichtung zum Ermitteln der optimalen der mehreren Vergrößerungen oder Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Einrichtung zum Untersuchen der Ergebnisse der mehreren Untersuchungen so ausgebildet ist, daß sie diese Ergebnisse miteinander vergleicht, um den optimalen Wert unter den mehreren optimalen Werten für die Vergrößerung oder die Abrasterzeit oder -geschwindigkeit zu ermitteln.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, mit einer von einer Bedienperson bedienbaren Einrichtung zum Steuern der ersten Auswahleinrichtung in solcher Weise, daß der Maximal- und der Minimalwert der mehreren Vergrößerungen oder Abrasterzeiten oder -geschwindigkeiten festgelegt wird.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, mit einer Einrichtung zum Abspeichern jeweils des optimalen der mehreren Werte des Ausgangssignals.

21. Elektronenmikroskop mit einer automatischen Fokussiervorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20.

22. Elektronenmikroskop nach Anspruch 21, das auch folgendes aufweist:

- eine Einrichtung zum Erzeugen eines Elektronenstrahls (1);

- mindestens eine Kondensorlinse (3) zum Fokussieren des Strahls auf eine Probe (4); und

- einen Detektor (6) zum Erfassen eines durch den Strahl (1) hervorgerufenen Signals (5) von der Probe (4).