DE69406739T2 - Elektronenstrahlgerät - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Elektronenstrahlvorrichtung wie ein Elektronenmikroskop.
• Wenn ein Elektronenmikroskop zum Untersuchen einer Probe wie eines Halbleiterwafers verwendet wird, wird ein Elektronenstrahl von einer Elektronenquelle durch eine magnetische Objektivlinse auf die Probe fokussiert. Wenn eine Fläche der Probe zu untersuchen ist, wird dafür gesorgt, dass der Elektronenstrahl die Probe abrastert, und zwar entweder dadurch, dass dafür gesorgt wird, dass der Einfallspunkt des Elektronenstrahls auf der Probe durch Steuerung einer Abrastereinrichtung geändert wird, die den Weg des Elektronenstrahls steuert, oder dadurch, dass die Probe durch Verstellen eines Objektträgertischs, auf dem die Probe montiert ist, bewegt wird. Ein derartiges Abrastern erfolgt bei Elektronenstrahl- Lithographie und es wird auch, bei dimensionskritischen Messungen, an Halbleiterwafern ausgeführt.
• Jedoch kann bei einer derartigen Elektronenstrahlvorrichtung die Oberfläche der Probe nicht vollständig gleich sein, und dies ist bei großen Siliziumwafern mit Durchmessern in der Größenordnung von 20 cm ein spezielles Problem. Demgemäß kann sich die Höhe der Oberfläche des Wafers relativ zur magnetischen Objektivlinse ändern, was dazu führen kann, dass der Elektronenstrahl defokussiert wird.
• Aus diesem Grund wurde es vorgeschlagen, dass eine Einrichtung zum Erfassen einer Änderung der Waferhöhe vorhanden ist. Dann kann der Fokus des Elektronenstrahls dadurch vaniert werden&sub1; dass die Objektivlinse gesteuert wird und/oder der Objektträgertisch verstellt wird, um den Wafer zu verstellen.
• Das Dokument JP-A-63-254 649 offenbart eine derartige Höhenmesseinrichtung, bei der Licht von einem Laser auf eine Position auf der Probe gelenkt wird, die im wesentlichen dem Einfallspunkt des Elektronenstrahls entspricht, und es wird die Reflexion dieses Lichts an der Probe durch einen Lichtdetektor erfasst. Wenn sich die Höhe der Probe ändert, tritt eine Änderung des Einfallspunkts des Lichtstrahls auf der Probe auf, und dies kann durch eine Verstellung des reflektierten Lichtstrahls am Detektor erfasst werden. Demgemäß ist es durch Steuern der Fokussierung des Elektronenstrahls und/oder der Position des Wafers unter Verwendung der Information von einem derartigen Lichtdetektor möglich, den Elektronenstrahl fokussiert zu halten.
• Entwicklungen in der Halbleitertechnik haben es erlaubt, auf Halbleiterwafern feinere Strukturen herzustellen. Dies erfordert dann jedoch eine Verringerung der Brennlänge der magnetischen Objektivlinse eines Elektronenstrahlsystems, wodurch die Objektivlinse näher an die Probe gebracht wird. Gemäß dem Dokument JP-A-63-254 649 läuft der Laserstrahl zwischen der Objektivlinse und der Probe hindurch, jedoch wird dies schwieriger, wenn die Objektivlinse näher an die Probe rückt. Demgemäß besteht ein ersichtlicher Widerspruch zwischen dem Wunsch nachkürzerer Brennlänge, um feinere Details zu erzeugen oder zu untersuchen, und dem Erfordernis einer Höhenmessung.
• Das Dokument US-A-4,990,776 offenbart eine Elektronenstrahlvorrichtung, bei der ein Elektronenstrahl von einer Elektronenquelle unter Verwendung magnetischer Linsen, einschließlich einer Objektivlinse nahe an der Probe, auf die Probe fokussiert wird. Licht von einer Lichtquelle läuft über eine Reihe von Spiegeln durch, bis es benachbart zum Weg des Strahls liegt. Dann durchläuft es die Objektivlinse zur Probe und wird zu einem Detektor reflektiert, wobei es erneut entlang dem Weg des Strahls läuft, jedoch in der Gegenrichtung.
• Das Dokument US-A-4,440,475 offenbart eine Elektronenstrahlvorrichtung, bei der Licht in zwei Wegen auf eine Probe geführt wird. Ein Weg verläuft rechtwinklig zur Probe, und dies entspricht dem Weg des Elektronenstrahls gemäß dem Dokument US-A-4,990,776. Der zweite verläuft indirekt zum Elektronenstrahlweg und durchläuft Öffnungen in einem der Polstücke der magnetischen Objektlinse der Vorrichtung.
• Gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung ist eine Elektronenstrahlvorrichtung mit folgendem geschaffen: einem Objekttisch zum Tragen einer Probe, einer Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls zum Bestrahlen der Probe, einer magnetischen Objektivlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf die Probe, wobei die magnetische Objektivlinse erste und zweite Pole zum Erzeugen eines Magnetfelds der magnetischen Objektivlinse dazwischen aufweist, eine Lichtquelle zum Erzeugen eines Lichtstrahls, wobei ein optischer Weg des Lichtstrahls von der Lichtquelle zum Lichtdetektor über die Probe festgelegt ist und wobei die ersten und zweiten Pole bezogen aufeinander sich vollständig auf gegenüberliegenden Seiten des optischen Weges befinden und einer der Pole sich auf der zu der Elektronenquelle gegenüberliegenden Seite des optischen Wegs befindet.
• Gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist eine Elektronenstrahlvorrichtung mit folgendem geschaffen: einem Objekttisch zum Tragen einer Probe, einer Elektronenquelle zum Erzeugen eines Elektronenstrahls zum Bestrahlen einer Probe, einer magnetisdhen Objektivlinse zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf die Probe, wobei die magnetische Objektivlinse erste und zweite Pole zum Erzeugen eines Magnetfelds der magnetischen Objektivlinse dazwischen aufweist, einer Lichtquelle zum Erzeugen eines Lichtstrahls und einem Lichtdetektor zum Aufnehmen des Lichtstrahls, wobei ein optischer Weg des Lichtstrahls von der Lichtquelle zum Lichtdetektor über die Probe festgelegt ist und wobei die ersten und zweiten Pole sich vollständig auf der zu der Elektronenquelle gegenüberliegenden Seite des optischen Wegs befinden. Demgemäß ist die geometrische Beziehung zwischen dem Lichtstrahl und den Polen der magnetischen Objektivlinse in bezug auf bekannte Anordnungen geändert, um es zu erlauben, dass mindestens eines dieser Polstücke an die Probe angenähert werden kann, ohne mit dem Weg des bei der Höhenmessung verwendeten Laserstrahls wechselzuwirken.
• Bei einer Anordnung läuft der Laserstrahl zwischen dem oberen und unteren Polstück der magnetischen Objektivlinse hindurch. Demgemäß kann der untere Pol sehr nahe an der Probe liegen, was eine sehr kurze Brennlänge des Elektronenstrahls erlaubt, wobei jedoch erlaubt ist, dass der Lichtstrahl die Probe durch z. B. das Loch im unteren Polstück, durch das der Elektronenstrahl läuft, erreichen kann, um es zu ermöglichen, eine Höhenmessung auszuführen. Vorzugsweise ist bei einer derartigen Anordnung das untere Polstück eine im wesentlichen flache Platte, so dass sie sehr nahe an der Probe liegen kann.
• Jedoch sind andere Anordnungen der Pole der magnetischen Objektivlinse möglich. Zum Beispiel ist es möglich, dass einer der Pole, oder sogar beide, an der entgegengesetzten Seite der Probe in bezug auf die Quelle liegt, aber immernoch der Elektronenstrahl auf die Probe fokussiert wird. Wenn einer der Pole oder beide auf der entgegengesetzten Seite der Probe in bezug auf die Quelle liegen, kann der Lichtstrahl ohne Schwierigkeiten auf die Probe fallen.
• Da der Weg des Elektronenstrahls im Vakuum verlaufen muss, sind die Polstücke der magnetischen Objektivlinse vorzugsweise über eine Isolationswand miteinander verbunden, wobei sich in dieser Isolationswand Fenster befinden, durch die dann der Lichtstrahl läuft. Diese Fenster können Linsen zum Fokussieren des Lichtstrahls enthalten.
• Es ist auch wünschenswert, eine optische Beobachtung der Probe mittels eines Lichtmikroskops zu ermöglichen. Wenn sich die magnetische Objektivlinse der Probe annähert, um eine kurze Brennlänge zu erzielen, wird die Beobachtung der Probe mittels eines Lichtmikroskops schwieriger. Daher schlägt es eine Entwicklung der Erfindung vor, dass ein derartiges Lichtmikroskop bereitgestellt wird, das einen Beobachtungsweg durch mindestens eines der Polstücke der Objektivlinse aufweist.
• Wenn sich der Beobachtungsweg durch ein Polstück hindurch erstreckt, muss eine entsprechende Öffnung in diesem Polstück vorhanden sein, was eine Asymmetrie im durch die magnetische Objektivlinse erzeugten Magnetfeld verursachen könnte. Daher sind mehrere derartige Öffnungen vorhanden, die symmetrisch angeordnet sind, wobei sich der Beobach tungsweg des Lichtmikroskops durch eine der Öffnungen hindurch erstreckt.
• Nun werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
• Fig. 1 zeigt eine Elektronenstrahlvorrichtung mit einer herkömmlichen Höhenmessanordnung;
• Fig. 2 zeigt einen Teil einer Elektronenstrahlvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
• Fig. 3 zeigt einen Teil einer Elektronenstrahlvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
• Fig. 4 zeigt eine Draufsicht des unteren Polstücks beim Ausführungsbeispiel von Fig. 3;
• Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung für dimensionskritische Messungen, die das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 oder Fig. 3 enthält; und
• Fig. 6(a) bis 6(e) zeigen alternative Anordnungen des Elektronenstrahls, der Probe, des Lichtstrahls und von Polstücken der magnetischen Objektivlinse.
• Bevor Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen beschrieben werden, werden die allgemeinen Prinzipien von Höhenmessungen erzrtert. Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum dimensionskritischen Messen eines Elektronenstrahls, wobei es sich um ein Beispiel einer Elektronenstrahlvorrichtung mit einer Einrichtung zum Messen der Höhe einer Probe handelt. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung stellt kein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar, sondern sie entspricht im wesentlichen der im bereits oben genannten Dokument JP-A-63-254 649 offenbarten Vorrichtung. So wird ein Elektronenstrahl 1 auf eine Probe konvergiert, die bei diesem Ausführungsbeispiel ein Halbleiterwafer 6 ist. Der Wafer 6 ist auf einem verstellbaren Objektträgertisch 10 montiert, und über demselben existiert eine Objektivlinse 2. In Fig. 1 sind eine Quelle und eine Abrastereinheit für den Elektronenstrahl 1 sowie eine Einheit für dimensionskritische Messungen nicht dargestellt, jedoch sind sie normalerweise vorhanden. Bei der Vorrichtung von Fig. 1 umfasst die Objektivlinse 2 zwei miteinander verbundene Polstücke (Magnetpole) 2a, 2b sowie eine Treiberspule 2c. Strom durch die Treiberspule 2c erzeugt ein Magnetfeld zwischen den Magnetpolen 2a, 2b, das den Elektronenstrahl 1 auf den Wafer 6 fokussiert.
• Um die Höhe des Wafers 6 zu messen, verfügt die Vorrichtung über ein Laserlicht emittierendes Element 9, um einen Laserstrahl 11 zu erzeugen, ein Fenster 4a zum Führen des Laserstrahls 11 in eine Vakuum-Probenkammer 5, einen Spiegel 7a, eine Lichtkondensorlinse 8a, eine Reflexionslicht-Kondensorlinse 8b, einen Spiegel 7b, ein Fenster 4b und einen Positionssensor 3. Der Laserstrahl 11 fällt unter einem Winkel zur Normalen auf der Oberfläche des Wafers 6 auf diesen, und demgemäß ändert sich die Position des am Wafer 6 zum Positionssensor 3 reflektierten Laserstrahls abhängig von der Höhe des Wafers 6 relativ zum Laserlicht emittierenden Element 9 und zum Positionssensor 3. Daher kann die Höhe des Wafers 6 dadurch gemessen werden, dass die Änderungen der Position des reflektierten Laserstrahls unter Verwendung des Positionssensors 3 gemessen werden. Information zur Höhe des Wafers wird dann an einen Höheneinstellmechanismus für den Tisch 10 oder an einen Fokuseinstellmechanismus für die Objektivlinse 2 rückgekoppelt Auf diese Weise müssen zwar Messvorbereitungen wie eine Einstellung der Brennweite des Elektronenstrahls 1 durch eine Bedienperson zu Beginn einer Messung ausgeführt werden, jedoch kann danach die Fokussierung des Elektronenstrahls 1 automatisch ausgeführt werden, um Änderungen der Höhe des Wafers 6 zu kompensieren, und es kann eine dimensionskritische Messung über den gesamten Wafer 6 automatisch ausgeführt werden.
• Der Trend der Erhöhung der Integration integrierter Halbleiterschaltungen hat es erfordert, dass der Elektronenstrahl 1 bei der Fokussierung auf den Wafer 6 einen Querschnitt aufweist, der so klein wie möglich ist. Um den Elektronenstrahl dünn auszubilden, ist es erforderlich, die Brennweite der Objektivlinse 2 zu verringern. Jedoch bewirkt eine derartige Verringerung der Brennweite eine Annäherung der Unterseite der Objektivlinse 2 bis nahe an den Wafer 6. Wenn jedoch die Objektivlinse 2 nahe am Wafer 6 liegt, existiert unzureichender Raum für ein Durchlaufen des Laserstrahls dazwischen, und mit der Vorrichtung von Fig. 1 kann keine Höhenmessung ausgeführt werden.
Ausführungsbeispiel 1
• Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines Teils eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
• Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Wafer 6 auf einem Waferhalter 12 befestigt, und er ist durch einen Tisch 10 in horizontaler und vertikaler Richtung verstellbar. Ein Elektronenstrahl 1 fällt auf den Wafer 6, und das Abrastern des Elektronenstrahls 1 auf dem Wafer wird durch eine obere Abrasterspule 14 und eine untere Abrasterspule 15 kontrolliert. Die Verwendung einer zweistufigen Abrasterspule, die durch die obere Abrasterspule 14 und die untere Abrasterspule 15 gebildet ist, erlaubt es, die Position des Elektronenstrahls 1 so einzustellen, dass sie immer durch das Zentrum 16 einer Objektivlinse 2 läuft. Dies verhindert, dass der Strahl 1 auf Grund einer Abweichung des Elektronenstrahl 1 gegenüber dem Linsenzentrum 16 defokussiert wird. Der Elektronenstrahl 1 wird so fokussiert, dass er durch das Linsenzentrum 16 der Objektivlinse 2 läuft und auf den Wafer 6 konvergiert wird. Diese Fokussierung wird durch die Objektivlinse 2 erzielt, die einen oberen Magnetpol 28, einen unteren Magnetpol 29, einen Magnetpfadverbinder 30 und eine Erregerspule 31 aufweist. Die Objektivlinse 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel so geformt, dass der untere Magnetpol 29 benachbart zum Wafer 6 in Form einer flachen Platte vorliegt, damit er so nahe wie möglich am Wafer 6 positioniert werden kann.
• Es ist ein Ferritkern 17 vorhanden, der sich um die obere Abrasterspule 14 und die untere Abrasterspule 15 herum erstreckt, um ein Auslecken des durch die Abrasterspulen 14, 15 erzeugten Magnetfelds zu verhindern. Die obere Abrasterspule 14, die untere Abrasterspule 15 und der Ferritkern 17 können in einem Spulengehäuse 18 enthalten sein, um sie gegen den Vakuumraum zu isolieren, durch den der Elektronenstrahl 1 läuft, und sie werden auf Atmosphärendruck gehalten.
• Durch Bestrahlung des Wafers 6 durch den Elektronenstrahl 1 erzeugte Sekundärelektronen 20 werden durch eine Beschleunigungselektrode 19 beschleunigt und durch ein elektrisches Feld E abgelenkt, das durch einen elektrostatischen Ablenker mit Ablenkungsplatten 22A und 22B erzeugt wird. Die Ablenkungsplatte 22B liegt in Form eines Gitters vor, damit die abgelenkten Sekundärelektronen 20 durch die Ablenkplatte 22B hindurchlaufen können. Obwohl der Elektronenstrahl 1 durch den elektrostatischen Ablenker abgelenkt wird, ist eine Fehlausrichtung des Elektronenstrahls 1 dadurch verhindert, dass die Ablenkspule 21 an derselben Position wie die Ablenkplatten 22A und 22B angeordnet ist. Daher ist die Richtung des durch die Ablenkspule 21 erzeugten Magnetfelds B entgegengesetzt zu der der Ablenkung des Elektronenstrahls 1 durch den elektrostatischen Ablenker. Darüber hinaus ist die Stärke des Magnetfelds so gewählt, dass eine Kompensation zur Ablenkung erzielt ist.
• Die Sekundärelektronen 20, die durch das Gitter 22B gelaufen sind, werden von einem Scintillator 24 angezogen, an den eine Hochspannung (z. B. 10 kV) angelegt ist. Die Sekundärelektronen 20 stoßen daher mit dem Scintillator 24 zusammen, um für Lichtemission zu sorgen. Das emittierte Licht läuft durch einen Lichtleiter 25 zu einem Photovervielfacher 27, wo es erfasst und verstärkt wird. Der Lichtleiter 25 ist von einem Metallzylinder 25 umschlossen, an den von einem Eingangsanschluss 26 eine Hochspannung angelegt wird, um dem Scintillator 24 die Hochspannung zuzuführen. Die durch den Photovervielfacher 27 verstärkten Sekundärelektronen 20 werden weiter verstärkt und zu einem Helligkeitsmoduliersignal für eine Kathodenstrahlröhre (nicht dargestellt) umgewandelt, um auf der Kathodenstrahlröhre ein Abrastersignal zu erzeugen.
• An einem magnetischen Weg 30 der Objektivlinse 2 ist ein Laser(Lichtemissions)element 9 befestigt. Ein vom Laserelement 9 emittierter Laserstrahl 11 trifft auf den Wafer 6, wobei er zwischen dem oberen Magnetpol 28 und dem unteren Magnetpol 29 durchläuft. Der Laserstrahl 11 wird durch die Lichtkondensorlinse 8A auf den Wafer 6 konvergiert. Dann wird der Laserstrahl 11 durch den Wafer 6 reflektiert und durch die Lichtkondensatorlinse 88 auf den Positionssensor 3 konvergiert Dies ermöglicht es, dass jede Änderung des Einfallswinkels des Laserstrahls 11 auf dem Wafer 6 durch den Positionssensor 3 erfasst wird. Jede. derartige Änderung entspricht einer Höhenänderung des Wafers 6, und so kann eine Höhenänderung des Wafers 6 erfasst werden. Die Information zu Höhe des Wafers 6 wird als Daten zur Fokuskorrektur für die Objektivlinse 2 oder zur Höhenkorrektur für den Tisch 10 rückgekoppelt Die Lichtkondensatorlinsen 8A, 8B sind an einem ringförmigen Isolationswandelement 36 aus unmagnetischem Material über Vakuumdichtungen befestigt. Das Volumen innerhalb des ringförmigen Isolationswandelements 36, das mit dem Elektronenstrahlkanal in Verbindung steht, wird unter Vakuum gehalten. Das Laserelement 9 und der Positionssensor 3 sind unter Verwendung von Schrauben am Magnetpfadverbinder befestigt, damit eine Bedienperson die Richtung der optischen Achse oder das Gesichtsfeld einstellen kann.
• Obwohl das Laserelement 9 und der Detektor 3 innerhalb der Objektivlinse 2 enthalten sein können, ist es von Vorteil, wenn sie am Magnetpfadverbinder 30 der Objektivlinse 2 befestigt sind, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, um es zu ermöglichen, die optische Einstellung auf einfache Weise auszuführen, und um eine unnötige Vergrößerung der Objektivlinse 2 zu verhindern. Da der untere Magnetpol 29 der Objektivlinse 2 beim Ausführungsbeispiel flach ist, ist der Raum um den oberen Magnetpol 28, den unteren Magnetpol 29 und dem Magnetpfadverbinder 30 herum ausreichend groß dafür, dass das Laserelement 9, der Positionssensor 3 und die Kondensorlinsen 8A und 8B auf einfache Weise positioniert werden können.
• So läuft bei diesem Ausführungsbeispiel der Laserstrahl 11 nicht unter dem unteren Magnetpol 29 der Elektronenlinse hindurch, wie dies bei der Vorrichtung von Fig. 1 der Fall ist. Statt dessen läuft der Laserstrahl 11 zwischen dem oberen und unteren Magnetpol 28, 29 so hindurch, dass der untere Magnetpol 29 auf der entgegengesetzten Seite des Laserstrahls 11 bezogen auf die Quelle des Elektronenstrahls 1 liegt und die Magnetpole 28, 29 selbst auf entgegengesetzten Seiten des optischen Pfads des Laserstrahls 11 liegen. Der Laserstrahl 11 erreicht den Wafer 6 über einen Spalt 29a im unteren Magnetpol 29, und dieser Spalt 29a muss daher ausreichend weit dafür sein, dass die Kanten des unteren Pols 29 nicht mit dem Laserstrahl 11 wechselwirken. Da jedoch der untere Pol 29 flach ist, kann er sehr dicht am Wafer 6 positioniert werden, und daher beeinflusst die vergrößerte Abmessung des Lochs 29a, im Vergleich mit vorhandenen Anordnungen, das Funktionsvermögen der Objektivlinse 2 nicht.
• Durch Anordnung des Laserelements 9 und des Positionssensors 3 so, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, so dass der Laserstrahl 11 zwischen den Magnetpolen (Polstücken) 28, 29 der Objektivlinse 2 hindurchläuft, kann die Objektivlinse 2 sehr nahe an den Wafer 6 gebracht werden, was es ermöglicht, dass die Objektivlinse 2 eine kurze Brennweite aufweist, ohne dass die Messung der Höhe des Wafers 6 beeinflusst wird.
Ausführungsbeispiel 2
• Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Elektronenstrahlvorrichtung, die zusätzlich zur in Fig. 2 dargestellten Höhenmesseinrichtung ein Lichtmikroskop aufweist. Der Querschnitt von Fig. 3 verläuft rechtwinklig zu dem von Fig. 2, und daher sind in Fig. 3 das Laserelement 9 und der Positionssensor 3 nicht dargestellt.
• In der Oberfläche des unteren Magnetpols 29 der Objektivlinse ist benachbart zum Wafer 6 ein Fenster 37 vorhanden. Das Lichtmikroskop 39 ermöglicht es, einen Teil des Wafers 6 durch einen Bildspiegel 38 zu betrachten. Das durch das Lichtmikroskop 39 vergrößerte Bild wird durch ein Festkörperkamera-Element 40 in elektrische Signale umgesetzt, um es zu ermöglichen, das Bild auf einer Kathodenstrahlröhre (nicht dargestellt) anzuzeigen. Die Vergrößerung des optischen Bilds ist gering, so dass es nicht einfach ist, ein Abrasterbild unter Verwendung des Elektronenstrahls 1 zu erhalten, und das optische Bild wird dazu verwendet, die Betrachtungsposition auf dem Wafer 6 klarzustellen. Die Differenz zwischen der Betrachtungsposition des Elektronenstrahls 1 und der Betrachtungsposition des Lichtmikroskops 39 wird vorab gemessen und unter Verwendung des Tischs 10 korrigiert. Eine Einstellung des Brennpunkts erfolgt durch Einstellen der Höhe des Tischs 10.
• Bei dieser Anordnung kann das durch das Lichtmikroskop 39 erzeugte optische Bild dazu verwendet werden, den Brennpunkt des Elektronenstrahls einzustellen. Um dies vorzunehmen, wird durch Verstellen des Tischs 10 nach oben und unten eine Grobeinstellung so ausgeführt, dass der Kontrast im Bild des Lichtmikroskops maximal ist. Dann wird eine Einstellung des Brennpunkts des Elektronenstrahls 1 unter Verwendung des Laserstrahls ausgeführt. Das Verfahren zum Einstellen der Fokussierung unter Verwendung eines schrägen, anfänglichen Laserstrahls 11 und eines Positionssensors 3 (wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2) hat den Vorteil, dass die Höhenänderung des Wafers 6, und demgemäß die Anfangsposition des Elektronenstrahls 1, mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann. Jedoch weist dieses Verfahren einen kleinen Dynamikbereich auf. Durch Kombinieren dieses Verfahrens mit dem Verfahren unter Verwendung des Kontrasts des optischen Bilds unter Verwendung eines Lichtmikroskops mit relativ großem Dynamikbereich wird der Betrieb der anfänglichen Fokuseinstellung zu Beginn einer Messung sehr einfach.
• Obwohl in Fig. 3 nur eine ein Fenster 37 enthaltende Öffnung 37A dargestellt ist, zeigt Fig. 4, dass mehrere Fenster 37A, 37B, 37C, 37D in axialsymmetrischer Beziehung relativ zum Weg des Elektronenstrahls 1 durch die Objektivlinse 2 vorhanden sind, um zu verhindern, dass die magnetischen Eigenschaften der Objektivlinse 2 asymmetrisch werden. Fig. 4 zeigt auch, wie beim Ausführungsbeispiel von Fig. 3 das Lichtmikroskop 39 rechtwinklig zum Weg des Laserstrahls 11 vom Laserelement 9 zum Positionssensor 3 liegt.
• Die Vorrichtung von Fig. 2 oder 3 kann in ein System zur dimensionskritischen Messung eingebaut sein, wie in Fig. 5 dargestellt. Ein derartiges System zur dimensionskritischen Messung wird z. B. beim Ausführen von Messungen an einem Halbleiterwafer verwendet.
• Bei der Anordnung von Fig. 5 entsprechen die Konfiguration der Objektivlinse 2, des Laserelements 9 und des Positionssensors 3 derjenigen von Fig. 2 oder Fig. 3, und sie wird nicht detaillierter beschrieben. Fig. 5 veranschaulicht die Struktur der Elektronenstrahlsäule 50, in der der Elektronenstrahl 1 von einer eine Strahlquelle bildenden Elektronenkanone 51 erzeugt wird, wobei er durch eine Kondensatorlinse 52 und eine Abrastereinrichtung 53 zur Objektivlinse 2 und demgemäß zum Wafer 6 hindurchläuft Komponenten in Fig. 5, die solchen in Fig. 2 entsprechen, sind mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet.
• Die Anordnung verfügt über ein Steuerungssystem 54. Die Elektronenkanone 51 wird von einer Quellensteuerung 55 gesteuert, und der Strahl wird unter Steuerung einer Kondensorsteuerung 56 durch die Kondensorlinse 52 gebündelt. Das Ausgangssignal des Positionssensors 33 läuft zu einer Detektoreinheit 57, und diese Detektoreinheit 57 steuert die Objektivlinse 2 über eine Objektivlinsen-Steuerung 58, und sie steuert den Tisch 10 über eine Tischsteuerung 59, um zu gewährleisten, dass der Elektronenstrahl 1 trotz Höhenänderungen des Wafers 6 durch die Objektivlinse 2 genau auf den Wafer 6 fokussiert wird. Eine Kompensation derartiger Höhenänderungen des Wafers 6 wird dadurch erzielt, dass der Treiberstrom für die Erregerspule 31 der Objektivlinse 2 eingestellt wird, oder dass der Tisch 10 vertikal verstellt wird. Außerdem wird zum Betrachten verschiedener Teile des Wafers 6 der Elektronenstrahl 1 über den Wafer 6 gerastert. Für begrenzte Abrasterbereiche kann das Abrastern durch eine Abrastereinrichtung 53 unter Steuerung durch eine Abrastersteuerungseinrichtung 60 erzielt werden. Für größere Bewegungen sorgt die Tischsteuerung 59 dafür, dass der Tisch 10, und damit der Wafer 6, horizontal verstellt wird. Das Steuerungssystem 54 wird durch einen Steuerungscomputer 51 gesteuert.
• Eine derartige Anordnung kann auch ein Lichtmikroskop enthalten, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben wurde.
• Die Erfindung kann auch bei einer Vorrichtung zur Elektronenstrahl-Lithographie verwendet werden. Die für derartige Elektronenstrahl-Lithographie erforderliche Struktur ist ähnlich der in Fig. 5 dargestellten, mit der Ausnahme, dass eine kräftigere Elektronenkanone 51 verwendet werden muss, eine kompliziertere Abrastereinrichtung 53 vorhanden ist und der Steuerungscomputer 61 andere Steuerungsprogramme enthält. Insbesondere verfügt die Abrastereinrichtung 53 bei Elektronenstrahl-Lithographie über sowohl statische als auch magnetische Linsen, wohingegen bei einem System zur dimensionskritischen Messung nur magnetische Linsen erforderlich sind.
• Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele auf einer Anordnung beruhen, bei der der Laserstrahl 11 zwischen dem oberen und dem unteren Pol 28, 29 der Objektivlinse 2 hindurchläuft, sind innerhalb der Erfindung andere Anordnungen möglich. Dies wird nun detaillierter unter Bezugnahme auf die Fig. 6(a) bis 6(e) beschrieben. In den Fig. 6(a) bis 6(e) sind nur der Elektronenstrahl 1, der Wafer 6, der Laserstrahl 11 und der obere und der untere Pol der Objektivlinse dargestellt. Die anderen Komponenten können dieselben wie in Fig. 2 oder 3 sein.
• Fig. 6(a) ist eine schematische Ansicht der in Fig. 1 dargestellten bekannten Konstruktion. Der obere Magnetpol 12 und der untere Magnetpol 13 liegen über dem Wafer 6 und zwischen den Magnetpolen 12, 13 wird ein Magnetfeld erzeugt. Das Magnetfeld verfügt über Linsenfunktion für den Elektronenstrahl 1, und dieser wird auf den Wafer 6 konvergiert. Der Laserstrahl 11 zum Erfassen der Höhe läuft durch den Raum unter dem unteren Pol 13.
• Die Fig. 6(b) bis 6(e) sind schematische Ansichten, die Anordnungen innerhalb der Erfindung zeigen. Fig. 6(b) zeigt die Konstruktion von Fig. 2 oder Fig. 3, bei der der Laserstrahl 11 zwischen dem oberen Magnetpol 28 und dem unteren Magnetpol 29 hindurchläuft, so dass der untere Magnetpol 29 dicht am Wafer 6 liegen kann.
• Bei der in Fig. 6(c) dargestellten Anordnung ist der untere Magnetpol 61 unter dem Wafer 6 positioniert, und der obere Magnetpol 60 verfügt über eine Öffnung 60A, durch die der Laserstrahl 11 hindurchläuft, um den Wafer 6 zu erreichen. Bei dieser Anordnung befinden sich daher der obere und der untere Magnetpol 60, 61 der Objektivlinse auf der entgegengesetzten Seite des Laserstrahls 11 in bezug auf die Quelle des Elektronenstrahls 1. Andererseits befinden sie sich auf entgegengesetzten Seiten der Ebene der Oberfläche des Wafers 6, auf die der Elektronenstrahl 1 fällt. Dies steht im Ge gensatz zur Anordnung von Fig. 6(b)&sub1; bei der sowohl der obere als auch der untere Magnetpol 28, 29 über dieser Ebene liegen.
• Fig. 6(d) zeigt eine weitere Anordnung, die der von Fig. 6(c) mit der Ausnahme ähnlich ist, dass sich der obere Pol 62 auf derselben Seite dieser Ebene wie der untere Magnetpol 61 befindet. Bei dieser Anordnung liegen die Magnetpole 61, 62 der Objektivlinse vollständig außerhalb des Pfads des Laserstrahls. Selbst bei einer derartigen Anordnung kann jedoch ein zufriedenstellendes Feld zwischen den Magnetpolen 61, 62 zum Fokussieren des Elektronenstrahls auf den Wafer 6 erzielt werden.
• Fig. 6(e) zeigt eine andere Anordnung, bei der der untere Pol 61 auf der entgegengesetzten Seite des Wafers 6 bezogen auf die Quelle des Elektronenstrahls 1 liegt, und wie bei den Anordnungen der Fig. 6(c) und 6(d), wobei jedoch der Laserstrahl zwischen dem unteren Magnetpol 61 und dem oberen Magnetpol 63 hindurchläuft Bei dieser Anordnung steht der obere Magnetpol 63 schräg zur Achse des Elektronenstrahls 1, so dass die Enden des oberen Pols 63 so dicht wie möglich am Wafer 6 liegen können, ohne dass eine Wechselwirkung mit dem Pfad des Laserstrahls 11 besteht. So ist die Anordnung von Fig. 6(e) derjenigen von Fig. 6(b) dahingehend ähnlich, dass der Laserstrahl 11 zwischen dem oberen und dem unteren Magnetpol 63, 61 hindurchläuft
• Durch Einstellen der Positionsbeziehung zwischen dem Lichtpfad des Laserstrahls 11 zum Messen der Höhe des Wafers 6 und den Magnetpolen der Objektivlinse gemäß der Erfindung kann eine Dickenverringerung des Elektronenstrahls, um die Brennweite der Objektivlinse zu verkürzen, mit der Erfassung der Höhe der Probe verträglich gemacht werden, wodurch für eine Elektronenstrahlvorrichtung mit hohem Funktionsvermögen gesorgt ist.
• Im Fall der in Fig. 6(b) oder in Fig. 6(d) dargestellten Konstruktion kann, da die Abmessung des Wafers 6 nicht durch die Objektivlinse begrenzt ist, ein Wafer 6 mit großen Abmessungen gehandhabt werden. Andererseits ist im Fall der in Fig. 6(c) oder Fig. 6(e) dargestellten Konstruktion, da eine Öffnung in einem Teil des Magnetpfads vorhanden ist, der den oberen magnetischen Pol und den unteren magnetischen Pol der Objektivlinse 2 verbindet, und durch welche Öffnung der Wafer 6 eingesetzt und entnommen wird, die Abmessung des Wafers 6 begrenzt, und die Handhabung der Probe 6 wird kompliziert. Jedoch kann der Elektronenstrahl sehr dünn ausgebildet werden, um die Brennweite der Objektivlinse zu verkürzen. Zusätzlich zu den Variationen bei der Anordnung des oberen und unteren Magnetpols der Objektivlinse, wie sie unter Bezugnahme auf die Fig. 6(b) bis 6(e) beschrieben wurden, sind auch andere Variationen möglich. Zum Beispiel wäre es möglich, dass das Lichtmikroskop 39 in Fig. 3 über dem oberen Magnetpol 28 liegt, so dass sich der von ihm ausgehende Beobachtungsweg durch ein Fenster erstreckt, das im oberen Magnetpol 28 liegt, wie auch durch das Fenster 37 im unteren Magnetpol 29 hindurch. Darüber hinaus können bei der Erfindung andere Variationen der Elektronenstrahlvorrichtung, die die Erzeugung und Führung des Elektronenstrahls 1 zur Objektivlinse 2 betreffen, verwendet werden, wodurch es möglich ist, dass die Erfindung in viele verschiedene Typen von Elektronenstrahlvorrichtungen eingebaut wird. Wie es aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, betrifft die Erfindung die Anordnung der Pole der Elektronenlinse 2 bezogen auf den Wafer 6 und den Laserstrahl 11. Derartige Anordnungen werden daher nicht durch andere Variationen in der Elektronenstrahlvorrichtung beeinflusst. Darüber hinaus wurde die Erfindung zwar für Anordnungen beschrieben, bei denen die Probe ein Wafer 6 aus z. B. halbleitendem Material ist, jedoch kann die Erfindung auch bei Vorrichtungen für andere Typen von Proben angewandt werden.

Claims (10)

1. Elektronenstrahl-Vorrichtung mit einem Objekttisch (10) zum Tragen einer Probe (6), einer Elektronenguelle (51) zum Erzeugen eines Elektronenstrahls (1) zum Bestrahlen der Probe (6), einer magnetischen Objektivlinse (2) zum Fokussieren des Elektronenstrahls (1) auf die Probe (6), wobei die magnetische Objektivlinse (2) erste und zweite Pole (28, 29) zum Erzeugen eines Magnetfelds der magnetischen Objektivlinse (2) dazwischen aufweist, eine Lichtquelle (9) zum Erzeugen eines Lichtstrahls (11) und einem Lichtdetektor (3) zum Aufnehmen des Lichtstrahls (11), wobei ein optischer Weg des Lichtstrahls (11) von der Lichtquelle (9) zum Lichtdetektor (3) über die Probe (6) festgelegt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Pole (28, 29) bezogen aufeinander sich vollständig auf gegenüberliegenden Seiten des optischen Weges befinden und einer der Pole sich auf der zu der Elektronenquelle (51) gegenüberliegenden Seite des optischen Wegs befindet.

2. Elektronenstrahl-Vorrichtung mit einem Objekttisch (10) zum Tragen einer Probe (6), einer Elektronenquelle (51) zum Erzeugen eines Elektronenstrahls (1) zum Bestrahlen einer Probe (6), einer magnetischen Objektivlinse (2) zum Fokussieren des Elektronenstrahls (1) auf die Probe (6), wobei die magnetische Objektivlinse (2) erste und zweite Pole (28, 29) zum Erzeugen eines Magnetfelds der magnetischen Objektivlinse (2) dazwischen aufweist, einer Lichtquelle (9) zum Erzeugen eines Lichtstrahls (11) und einem Lichtdetektor (3) zum Aufnehmen des Lichtstrahls (11), wobei ein optischer Weg des Lichtstrahls (11) von der Lichtquelle (9) zum Lichtdetektor (3) über die Probe (6) festgelegt ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die ersten und zweiten Pole (28, 29) sich vollständig auf der zu der Elektronenquelle (51) gegenüberliegenden Seite des optischen Wegs befinden.

3. Elektronenstrahl-Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Isolationswand (36) mit Fenstern (8A, 8B) sich zwischen den Polstücken erstreckt, die die beiden ersten und zweiten Pole (28, 29) festlegen, und wobei der optische Weg sich durch die Fenster (8A, 8B) erstreckt.

4. Elektronenstrahl-Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Fenster Linsen sind.

5. Elektronenstrahl-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend eine Steuereinrichtung (54) zum Steuern des Magnetfelds der magnetischen Objektivlinse (2) in Reaktion auf die Aufnahme eines Lichtstrahls (11) durch den Lichtdetektor (3).

6. Elektronenstrahl-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Objekttisch (10) beweglich ist und die Elektronenstrahl-Vorrichtung weiter eine Steuervorrichtung (54) zum Steuern der Bewegung des Objekttischs (10) in Reaktion auf die Aufnahme des Lichtstrahls (11) durch den Lichtdetektor (3) aufweist.

7. Elektronenstrahl-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, weiter aufweisend ein optisches Mikroskop (39) zum Betrachten der Probe (6) über einen Beobachtungsweg des optischen Mikroskops (39) zur Probe (6), wobei der Beobachtungsweg sich durch wenigstens die ersten und zweiten Polstücke, die die ersten und zweiten Pole (28, 29) festlegen, erstreckt.

8. Elektronenstrahl-Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei wenigstens die ersten und zweiten Polstücke (28, 29) eine Vielzahl von Öffnungen (37A, 37B, 37C, 37D) aufweisen, die symmetrisch um den Weg des Elektronenstrahls (1) angeordnet sind, wobei der Beobachtungsweg sich durch wenigstens eine (38A) der Vielzahl von Öffnungen (37A, 37B, 37C, 37D) erstreckt.

9. Elektronenstrahl-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens eines der ersten und zweiten Polstücke (28, 29) sich auf der zu der Elektronenquelle (51) gegenüberliegenden Seite der Probe (6) befindet.

10. Elektronenstrahl-Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Polstück (29) der ersten und zweiten Polstücke (28, 29), das sich zur Probe am nächsten befindet, eine im wesentlichen flache Platte ist.