DE69030996T2 - Elektronenstrahlvorrichtung mit monopolförmigem, magnetischem Feld - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Elektronenstrahlgerät entsprechend der Begriffsbestimmung im Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Elektronenstrahlgeräte dieser Art können mit einem zu untersuchenden Objekt, wie z.B. einem Prüfling oder einem Chip, bestückt werden. Ein derartiges Objekt kann mit Elektronen aus einer Elektronenquelle angestrahlt werden, und aus dem Objekt austretende Elektronen werden, vorzugsweise energieabhängig, detektiert. Sekundärelektronen, Reflexionselektronen oder insbesondere Augerelektronen detektierende Einrichtungen sowie auch Chipprüfeinrichtungen gehören zu dieser Art von Geräten. In anderen Geräten wird ein Target, wie z.B. eine Halbleiterscheibe mit Elektronen bestrahlt zum Aufzeichnen der darin erscheinenden Integrationsschaltungsmuster. Elektronenstrahlmustergeneratoren und Elektronenstrahlbildprojektoren sind Beispiele dieser Art von Geräten. In Bildprojektoren werden Elektronen aus einer strukturierten Anordnung wie z.B. einem Meisterchip bezogen. Für die Chipherstellung mit einem aus dem Meisterchip befreiten Elektronenstrahl wird eine Halbleiterscheibe bestrahlt, um das Muster des Meisterchips darauf abzubilden. Die Elektronen können aus dem Meisterchip mit Hilfe eines Photoemitters auf dieser Struktur aus dem Meisterchip befreit werden. In einem Elektronenstrahlmustergerät wird ein aus einem Elektronen emittierenden Kathodenspitze bezogenes Elektronenbündel zum Erzeugen eines Chips oder eines Chipmeisters benutzt, wobei der letztgenannte zum Beispiel zur folgenden Verwendung in einem Bildprojektor dient.
• Alle diese Geräte sind mit nichtaxialen Aberrationen behaftet, die die Genauigkeit des Elektronenstrahlschreibvorgangs, der Elektronenstrahlabbildung oder der Elektronendetektion stören.
• Eine Elektronenstrahlanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs list in der US-Patentschrift 3 509 503 beschrieben. In diesem Dokument enthält das Mittel zum Erzeugen des Magnetfelds zwei Polstücke, von denen das erste Polstück eine Öffnung aufweist, die im Vergleich zu einem Spitzendurchmesser des zweiten Polstücks mit einem spitzen Konuswinkel groß ist. Ohne weitere Maßnahmen löst das in dieser Konfiguration erzeugte Magnetfeld immer noch nichtaxiale Aberrationen nach obiger Beschreibung aus.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Aberrationen zu reduzieren. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine erfindungsmäße Anordnung entsprechend dem Unterbegriff des Anspruchs 1 gekennzeichnet.
• Magnetfelder, die sich nach der Definition monopolförmig ändern, bieten den Vorteil, daß in einem derartigen Feld an einer Stelle mit hoher Feldstärke erzeugte Elektronen beim Durchgang durch dieses Feld eine adiabatische Parallelisierung erhalten. Hierdurch bildet sich ein Elektronenweg nahe bei einer Feldlinie, auf der das Elektron von der betreffenden Objektoberfläche heraustrat. Infolge der monopolförmigen Feldverteilung ist eine derartige Feldlinie hier eine Gerade. Ein anzustrahlendes oder zu untersuchendes Objekt befindet sich vorzugsweise in einem Gebiet, in dem die Magnetfeldstärke einen Höchstwert gerade vor dem zweiten Polstück aufweist. Aus einem derartigen Objekt befreite Elektronen bewegen sich spiralig durch die erste Magnetpolstückstruktur und ist an einer anderen Seite gemäß der Beschreibung in DE 3 590 146 detektierbar Ein Monopolfeld in einem derartigen System kann mit einer Spule verbessert werden, beispielsweise beim Wickeln der Spule um ein Linerrohr in der Struktur des ersten Polstücks.
• In einem derartigen System können die Magnetfeldstärke, die Geometrie insbesondere der Struktur des ersten Polstücks und die Geschwindigkeit eines Primärelektronenstrahls aneinander angeglichen werden, indem der Primärstrahl aufeinanderfolgende Übergänge beim Durchgang durch das monopolförmige Feld zum Objekt erzeugt. Es wird dabei die Eigenschaft einer derartigen Feldverteilung ausgenutzt, daß darin aufeinanderfolgende Übergänge im Primärstrahl ohne zusätzliche Bündelaberration eingeführt werden können.
• Ein monopolförmiges Feld kann auch mit einer Spule erzeugt werden, die zum Erzeugen einer verhältnismäßig hohen Magnetfeldstärke ausgelegt werden kann, beispielsweise mit einer Spule, die aus supraleitenden Spulenwicklungen hergestellt wird. Ein derartiges Spulensystem ist in einem erwähnten und in US 4 902 930 beschriebenen Bildprojektor verwendbar.
• In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist in der Anordnung ein Bündelablenksystem angeordnet, dessen Schwenkpunkt im wesentlichen mit einer wirksamen Monopolmitte eines in der Anordnung zu erzeugenden Monopolfeldes zusammenfällt. Ein geschwenkter Elektronenweg fällt dabei immer mit einer Feldlinie des Monopolfeldes zusammen und ist also nicht mit Aberrationen behaftet.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
• Fig. 1 schematisch ein Magnetpolstücksystem zum Erzeugen eines monopolförmigen Magnetfelds, und
• Fig. 2 schematisch ein elektromagnetisches Spulensystem zum Erzeugen eines derartigen Feldes.
• Ein elektronenoptisches System nach Fig. 1 enthält eine Elektronenquelle 1, ein Bündelablenksystem 2 und ein Magnetlinsensystem 4 mit der Struktur eines ersten Polstücks, die hier in einer Anordnung um einer Linerrohrspule 8 eine mittlere Spule 10 mit einer Haupt-Magnetschablone 12 und einer zweiten Magnetschablone 14 enthält, wobei diese letztgenannte mittels einer nichtmagnetischen Unterbrechung 13, die dort einen Magnetfeldfluß-Sprung auslöst, magnetisch von der Hauptschablone 12 entkoppelt ist. Das Linsensystem 4 zeigt außerdem eine zweite Polstückstruktur 16 mit einer Magnetspule 18 und eine Magnetschablone 20, die mit einer engen Zentralöffnung 21 und einem spitzen Polkonus 22 versehen ist, der der ersten Polstückstruktur 6 zugewandt ist. Eine Steueröffnung 24 der ersten Polstückstruktur 6 ist verhältnismäßig breit im Vergleich zur Öffnung 21. Ein aus der Elektronenquelle 1 heraustretendes Elektronenbündel 25 ist auf ein Objekt 26 gerichtet und beispielsweise werden Auger- Elektronen 27 vom Objekt durch das Linsensystem 4 hindurch zurückgerichtet. Nach dem Durchgang durch eine Magnetbiende 28 werden die Elektronen auf ein Elektronendetektorsystem 29 gerichtet, das zum Beispiel einen Halbleiterdetektor 30 mit einer Elektrode 32 zum Erzeugen eines elektrostatischen Sammelfeldes 34 enthält. Das Linsensystem 4 dient zum Erzeugen eines Magnetfelds 35, das sich mit dem Primärbündel 25 verstärkt, das auf einen Höchstwert 36 monopolförmig gebildet wird, in dem oder vor dem das Objekt 26 angeordnet ist und anschließend verhältnismäßig schnell bis zur zweiten Polstückstruktur absinkt. Aus dem Objekt befreite Elektronen 27, die also in einem Gebiet mit großer Magnetfeldstärke anfangen, werden bis zur Magnetfeldblende 28 durch das Linsensystem hindurch spiralig weitergeleitet, wonach sie nach der Beschreibung in EP 340 861 zum Detektor abgelenkt werden. Das Primärbündel 25 zeigt hier einen zusätzlichen Übergang 40, wenn geeigneterweise mehr Übergänge eingeführt werden können, um den für die verhältnismäßig niederenergetischen Elektronen erforderlichen Fortpflanzungsweg zu überbrücken.
• Elne Monopolfeldverteilung in einer derartigen Linsenstruktur ist entsprechend der Detektion von Auger-Elektronen verwendbar, die für die im Objekt vorhandenen Elemente spezifisch sind. ASie ist ebenfalls verwendbar zur Detektion von Sekundärelektronen, reflektierten Elektronen usw. sowie für Chipkontrolle mit Hilfe von Sekundärelektronen. Insbesondere für Chipkontrolle wird die Elektronendetektion zur Energieempfindlichmachung bevorzugt.
• In diesem System kann das Bündelablenksystem 2 zum Schwenken des Primärelektronenbündels um einen Punkt 42 zum Zusammenfallen mit der wirksamen Monopolfeldmitte des Monopolfeldes vor dem Objekt 26 verwendet werden. In dieser Art von Objekt fällt das Abtasten jedes Elektronenweges mit einer geraden Feldlinie des Monopolfeldes genau zusammen, und wird somit gegen alle elektronenoptischen Aberrationen geschützt. Die Struktur ist auch derart für Elektronenbündelprojektion verwendbar, daß beispielsweise ein Meisterchip an einer Stelle in oder vor der ersten Polstückstruktur angeordnet wird, und darin erzeugte Elektronen werden auf einer Scheibe an der Stelle des Objekts 26 abgebildet.
• In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für Bildprojektionssystem dargestellt. Hier sind ein Meisterchip 50 mit einer Lichtquelle 52 und einer Scheibe 54 in einem monopolförmigen Magnetfeld angeordnet, das in einem elektromagnetischen Spulensystem mit einer sich in einer axialen Richtung 60 des Spulensystems ändernden Spulenwicklungsverteilung 58 erzeugt wird. Die mit Hilfe einer Photokathode 64 auf dem Meisterchip und von der Lichtquelle 52 aktivierten, aus dem Meisterchip befreiten Elektronen 62 werden aberrationsfrei auf der Scheibe 54 durch das Monopolfeld hindurch abgebildet. Ein wesentlicher Vorteil eines derartigen Systems ist die Möglichkeit der Einführung einstellbarer Abmessungsreduktion. Dies macht es möglich, mit einem verhältnismäßig großen und also verhältnismäßig einfach genau erzeugbaren Meisterchip zu arbeiten.

Claims (9)

1. Elektronenstrahlanordnung mit einem Elektroneneinfangelement (30) zum Einfangen von Elektronen aus einem elektronenaussendenden Element (26) und mit einem Mittel (4) zum Erzeugen eines Magnetfelds vor dem elektronenaussendenden Element (26), wobei das Mittel (4) zum Erzeugen des Magnetfelds zwei Polstücke (6, 16) enthält, von denen das erste Polstück (6) eine Öffnung (24) aufweist, und das zweite Polstück (16) einen spitzen Konuswinkel hat, der in einen spitzen dem ersten Polstück (6) zugewandten Polkonus (22) ausläuft, wobei die Öffnung (24) im Vergleich zum Spitzendurchmesser des Polkonus (22) groß ist, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronenaussendende Element (26) zwischen den zwei Polstücken (6, 16) auf einer Objektebene angeordnet ist, und daß das erste Magnetpolstück (6) mit der breiten Öffnung (24) mit einer nichtmagnetischen Unterbrechung (13) in einer Richtung quer zur Achse der breiten Öffnung (24) versehen ist, so daß vor dem zweiten Polstück (16) ein Magnetfeld erzeugt wird, das auf der Objektebene verhältnismäßig schnell größer wird und anschließend weg von der Objektebene monopolförmig kleiner wird. 2.

Elektronenstrahlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Erzeugen eines monopolförmigen Magnetfelds eine Spule (8) enthält.

3. Elektronenstrahlanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurchgekennzeichnet, daß vor einem mit Hilfe sekundärer oder reflektierter Auger-Elektronen (27) aus einer Öberfläche des Objekts zu untersuchenden Objekt (26) ein monopolförmiges Magnetfeld verwirklicht wird, wobei die Elektronen durch das Monopolfeld hindurch auf einen Elektronendetektor (30, 32, 34) gerichtet werden.

4. Elektronenstrahlanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor einem Objekt ein monopolförmiges Magnetfeld verwirklicht wird, wobei auf dem Objekt in einer Elektronenquelle (1) erzeugte Elektronen vom Monopolfeld auf die Oberfläche fokusiert werden.

5. Elektronenstrahlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronenoptisches Mittel zum Abbilden eines Musters aus einem ersten Objekt (50) auf ein zweites Objekt (54) vorgesehen ist, und daß zwischen den Objekten ein monopolförmiges Feld erzeugt werden kann.

6. Elektronenstrahlanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ablenksystem mit einem mit einem wirksamen Monopol zusammenfallenden Schwenkpunkt versehen ist.

7. Elektronenstrahlanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Monopolfeld zwischen einer Elektronenquelle und einem angestrahlten Objekt eine oder mehrere Zwischenfokusebenen (40) angebracht werden.

8. Elektronenstrahnordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektorsystem ein Mittel zur energieempfindlichen Analysierung enthält.

9. Elektronenstrahlanordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektorsystem ein Mittel zum räumlichen Diskriminieren aus verschiedenen Teilen des Emissionselements und aus folgenden anderen Feldlinien des Monopolfeldes heraustretender Elektronen enthält.