DE69634461T2

DE69634461T2 - Elektronenmikroskop

Info

Publication number: DE69634461T2
Application number: DE69634461T
Authority: DE
Inventors: Sho Takami; Tadashi Otaka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2016-08-03
Also published as: DE69634461D1; EP0758140B1; JPH0950778A; JP3505013B2; EP0758140A3; KR100441673B1; US5912462A; EP0758140A2; KR970012951A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Elektronenmikroskop, und spezieller betrifft sie ein Elektronenmikroskop, das mit einer Einrichtung versehen ist, die auf geeignete Weise eine Probenverunreinigung verhindern kann.
Um Musterbreiten sehr fein bearbeiteter Erzeugnisse, wie Halbleiterbauteilen, zu messen, und um das äußere Aussehen dieser bearbeiteten Erzeugnisse zu untersuchen, werden Elektronenmikroskope wie Rasterelektronenmikroskope verwendet. Wenn diese sehr fein bearbeiteten Erzeugnisse (die nachfolgend einfach als "Proben" bezeichnet werden) mit Elektronenstrahlen bestrahlt werden, tritt eine Probenverunreinigung auf. Diese Probenverunreinigung kann durch einen Effekt dahingehend verursacht sein, dass von der Probe emittiertes Gas oder eine sehr kleine Menge an CO₂ und H₂O, wie sie in einer zur Probe benachbarten Atmosphäre existieren, dadurch zersetzt/rekombiniert, dass es Elektronenstrahlen ausgesetzt wird, wodurch das Gas in einen Kohlenstofffilm und einen Kohlenwasserstofffilm zersetzt wird, die sich auf den Oberflächen dieser Probe abscheiden. Es besteht die Gefahr, dass dann, wenn die durch die Elektronenstrahlbestrahlung hervorgerufene Probenverunreinigung auf z.B. einem Fotoresistmuster während eines Herstellstadiums einer integrierten Halbleiterschaltung auftritt, diese Probenverunreinigung in folgenden Herstellstadien wie dem Belichtungsstadium und dem Ätzstadium zu Problemen führen kann, wodurch sich fehlerhafte integrierte Schaltkreise ergeben. Auch besteht ein anderes Problem dahingehend, da die Außenform des mikroskopisch betrachteten Musters durch diese Probenverunreinigung verändert würde, fehlerhafte Messwerte erfasst würden.
Um diese Probenverunreinigung zu vermeiden und um ansonsten nachteilige Einflüsse zu unterdrücken, wie sie durch eine Probenverunreinigung in einem Bereich hervorgerufen werden, in dem am Herstellprozess kein Mangel auftreten sollte, muss der Bestrahlungsumfang der Elektronenstrahlen (dies wird nachfolgend als "Bestrahlungsdosis" bezeichnet), wie er durch die folgende Formel (1) ausgedrückt wird, bis auf den minimalen Strahlungsumfang herabgedrückt werden: Bestrahlungsdosis = Bestrahlungsstrom pro Einheitsfläche × Bestrahlungszeit (1)
Herkömmlicherweise wurden, um die Bestrahlungsdosis zu senken, verschiedene Verfahren verwendet, wie es in Semiconductor World 1985, 8, Seite 107 beschrieben ist. D.h., dass eine unnötige Strahleinstrahlung unter Verwendung eines Strahlaustastvorgangs vermieden wird oder das S/R(Signal/Rauschsignal-Verhältnis) durch einen Bildverarbeitungsvorgang verbessert wird, um dadurch Bilder mit hohen Bildqualitäten bei geringerer Bestrahlungsdosis zu erzeugen. Ferner werden beim jüngsten Elektronenmikroskop mit Musterbreite-Messfunktion die Gesichtsfeldauswahl, die Bildeinstellung und die Längenmessung durch die CPU unter Verwendung einer Bildverarbeitungstechnik kontrolliert, so dass die Bestrahlungsdosis minimiert werden konnte.
Andererseits wird, wenn das Mikroskopbild vom Bediener von Hand eingestellt wird oder das Elektronenmikroskop als Vorrichtung zum Untersuchen der Außenansicht verwendet wird, die Bestrahlungsdosis tatsächlich auf solche Weise abgesenkt, dass der Bestrahlungsstrom verringert wird, während das S/R nicht beeinträchtigt wird. Infolgedessen erfolgt keine spezielle Berücksichtigung für das Gebiet, in das die Elektronenstrahlen gestrahlt werden, und auch nicht für die Bestrahlungszeit.
US-A-4,189,641, als nächstkommender Stand der Technik, beschreibt ein Rasterelektronenmikroskop, bei dem die akkumulierte Elektronenstrahleinstrahlung aus der Elektronenstrahldichte, der Verstärkung und der Bestrahlungszeit berechnet wird, wobei eine Vergleichsschaltung den berechneten Akkumulationswert mit einem voreingestellten maximalen Akkumulationswert vergleicht. Um einen Schaden an der Probe zu verhindern, erzeugt eine Warnschaltung ein Signal, das die zulässige Bestrahlungsgrenze für die Probe repräsentiert. Die Vergleichseinheit ist mit einer Steuerungseinrichtung zum Ablenken oder Schwächen des Elektronenstrahls verbunden, um die Menge an Elektronen zu erhöhen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Elektronenmikroskop mit verbesserten Handhabungseigenschaften zu schaffen, um es einem eine Probe untersuchenden Bediener zu ermöglichen, die Elektronenstrahleinstrahlung so zu verwalten, dass Änderungen oder Schäden der Probe durch Bestrahlung verhindert werden können.
Dies wird durch ein Rasterelektronenmikroskop gemäß dem Anspruch 1 gelöst.
Die abhängigen Ansprüche 2 bis 6 betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
Hinsichtlich einer Anzeige der Bestrahlungsdosis kann direkt der Zahlenwert angezeigt werden. Vorzugsweise kann der zugehörige Zahlenwert als zugehöriges Verhältnis zum Bezugswert angezeigt werden. Hinsichtlich einer Registrierung der Bestrahlungsdosis kann der Absolutwert derselben direkt eingegeben werden. Alternativ kann ein Satz von Parametern, wie ein Abtaststrom, die Vergrößerung und die Bestrahlungszeit eingegeben werden.
Gemäß der Erfindung kann, da die Dosis der in den mikroskopischen Beobachtungsbereich auf der Probe gestrahlten Elektronenstrahlen fortlaufend auf Grundlage der aktuellen Elektronenstrahl-Einstrahllinie, der voreingestellten Vergrößerung und der Bestrahlungszeit berechnet wird, die Bestrahlungsdosis korrekt erfasst werden. Auch kann der Bediener, da die Bestrahlungsdosis angezeigt wird, die aktuelle Bestrahlungsdosis, d.h. den Grad der Probenverunreinigung, erfassen. Wenn die aktuelle Bestrahlungsdosis den Grenzwert der Bestrahlungsdosis überschreitet, kann der Bediener die Einstrahlung von Elektronenstrahlen auf die Probe unterbrechen oder stoppen.
Wenn die für die Probe zulässige Bestrahlungsdosis als zu registrierende Bestrahlungsdosis verwendet wird, kann der Bediener, da die Beziehung zwischen der aktuellen Bestrahlungsdosis und der zulässigen Bestrahlungsdosis aus den Anzeigewerten erkannt werden kann, den Zeitpunkt ermitteln, zu dem die Elektronenstrahleinstrahlung gestoppt wird, d.h. den Zeitpunkt, zu dem die mikroskopische Beobachtung gestoppt wird.
Die für eine bestimmte Probe zulässige Bestrahlungsdosis unterscheidet sich von jeder anderen, abhängig vom Material dieser Probe und dem Prozessverlauf derselben. Jedoch kann diese zulässige Bestrahlungsdosis auf die folgende experimentelle Weise bestimmt werden. D.h., während ein auf dieser Probe aufgebauter Gegenstand, z.B. ein Resistmuster, durch einen vorausgewählten Abtaststrom (z.B. 2 pA) bestrahlt wird, wird dieser aufgebaute Gegenstand mit einer vorbestimmten Vergrößerung wie 10.000-fach mikroskopisch und kontinuierlich beobachtet. Während diese mikroskopische Beobachtung fortgesetzt wird, wird z.B. die Breite des Resistmusters im Verlauf der Zeit aufgrund der oben beschriebenen Probenverunreinigung allmählich breiter, was mikroskopisch beobachtet werden kann. Wenn nun angenommen wird, dass die Breite des Resistmusters zu Beginn der Betrachtung "d" ist, und dass auch ein zulässiger Zunahmewert dieses Resistmusters "Δd" ist, wird die Bestrahlungszeit "T" gemessen, die dadurch bestimmt ist, dass die Musterbreite von "d" auf "d + Δd" zunimmt. Anders gesagt, wird der zulässige Zunahmewert "Δd" der Musterbreite vorab durch den Versuchsschritt auf solche Weise berechnet, dass, nachdem die zugehörige Abmessung durch die Elektronenstrahlen gemessen wurde, der Zunahmewert in keiner Weise einen nachteiligen Einfluss auf den Prozess, wie eine Ätzbehandlung, hat. Anschließend wird die Bestrahlungszeit T bis die gemessene Abmessung diesen Zunahmewert "Δd" erreicht, gemessen.
Die bei dieser Probe zulässige Bestrahlungsdosis kann aus dem Abtaststrom, der Vergrößerung und der Bestrahlungszeit erhalten werden. So kann diese zulässige Bestrahlungsdosis gemeinsam für mehrere Proben verwendet werden, die dieselben Strukturen haben und auf dieselbe Weise wie die erstgenannten Proben bearbeitet wurden.
Wenn das Elektronenmikroskop mit einem Mechanismus aufgebaut ist, mit dem die Elektronenstrahleinstrahlung automatisch gestoppt werden kann, wenn die Bestrahlungsdosis im Beobachtungsbereich die registrierte Bestrahlungsdosis erreicht, kann, wenn die für diese Probe zulässige Bestrahlungsdosis als zu registrierende Bestrahlungsdosis verwendet wird, der Grad der Probenverunreinigung auf den zulässigen Grad herabgedrückt werden.
Wenn der Vergleich zwischen der registrierten Bestrahlungsdosis und der aktuellen Bestrahlungsdosis als verstrichene Bestrahlungszeit, oder als restliche Bestrahlungszeit in Bezug auf die zulässige Strahl-Bestrahlungszeit, kann der Bediener intuitiv in Form konkreter Werte, d.h. der Mikroskop-Beobachtungszeit, den Zeitpunkt erkennen, zu dem die Elektronenstrahleinstrahlung gestoppt wird.
Wenn der Bestrahlungsstrom und die Beobachtungsvergrößerung bestimmt sind, kann, da die Bestrahlungsdosis auf Grundlage der Bestrahlungszeit verwaltet werden kann, wenn die für die Probe zulässige Bestrahlungszeit als zu registrierender Wert anstelle der Bestrahlungsdosis selbst verwendet wird, ein ähnlicher Effekt dadurch erzielt werden, dass lediglich die registrierte Bestrahlungszeit mit der aktuellen Bestrahlungszeit verglichen wird, während eine mühselige Berechnungsarbeit für die Bestrahlungsdosis entfällt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm zum Darstellen eines Elektronenmikroskops gemäß der Erfindung;
2 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben eines sequenzielles Betriebsablaufs zum Berechnen/Anzeigen einer Bestrahlungsdosis;
3 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben eines Beispiels einer Dosisberechnung für den Fall, dass das Gesichtsfeld variiert wird;
4 ist ein erläuterndes Diagramm zum Erläutern eines Koordinatensystems des Gesichtsfelds;
5 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben eines sequenziellen Betriebsablaufs zum Berechnen/Anzeigen einer Bestrahlungsdosis oder einer Bestrahlungszeit;
6 zeigt schematisch ein Beispiel eines Dosisanzeigeverfahrens;
7 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern eines Betriebsablaufs zum Unterbrechen der Einstrahlung von Elektronenstrahlen, wenn die Bestrahlungsdosis einen zulässigen Wert überschreitet, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
8 repräsentiert schematisch ein Beispiel einer Bestrahlungszeitanzeige; und
9 veranschaulicht schematisch ein anderes Beispiel der Bestrahlungszeitanzeige.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nun Elektronenmikroskope gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Die 1 zeigt schematisch ein Strukturdiagramm eines erfindungsgemäßen Elektronenmikroskops. In der 1 wird eine Steuerung von Elektronenstrahlen durch eine Steuerungseinheit 1 ausgeführt, die mit Speichern "A" bis "N", einem Timer "T" und einer CPU versehen ist, wobei die Steuerung mittels einer Elektronenkanone-Steuerungsschaltung 2, einer Elektronenoptiksystem-Steuerungsschaltung 3 und dergleichen erfolgt. Diese Elektronenstrahlsteuerung wird z.B. durch Messen und Erhöhen/Verringern eines Bestrahlungsstroms; durch Verwalten der Bestrahlungszeit; durch Verwalten der Vergrößerung (Vergrößerungswert); durch Steuern des Brennpunkts; und durch Steuern eines Strahlaustastvorgangs definiert. In den Speichern "A" bis "N" können mehrere beliebige Dosiswerte, mehrere Bestrahlungszeiten und auch mehrere Beobachtungsvergrößerungen als Bezugswerte registriert werden. Der Zähler T zählt die Bestrahlungszeit hoch. Die CPU führt die Berechnungsvorgänge für die Dosis und die Bestrahlungszeit aus, sowie ferner den Vergleich von Rechenergebnissen.
Über eine mit der Steuerungseinheit 1 verbundene Eingabevorrichtung 12 werden verschiedene Einstellwerte und verschiedene Daten eingegeben. Um einen einer Probe 4 zugeführten Bestrahlungsstrom zu messen, ist ein Faradaybecher 5 vorhanden. Der Bestrahlungsstrom für die Probe kann durch eine Strommessschaltung 7 durch Anlegen einer Spannung an eine Ablenkelektrode 6 und durch Abstrahlen aller Elektronenstrahlen auf den Faradaybecher 5 gemessen werden. Diese Elektronenstrahlen sind auf die Probe 4 zu strahlen. Die Ablenkelektrode Bestrahlungszeit wird auch als Strahlaustasteinrichtung zum Unterbrechen der Abstrahlung der Elektronenstrahlen auf die Probe verwendet. Infolgedessen kann diese Ablenkelektrode 6 nicht nur durch eine solche vom elektrostatischen Typ sondern auch durch eine elektromagnetische Ablenkwicklung realisiert sein. Ferner kann die Strahlablenkeinrichtung durch einen Mechanismus wie ein Vakuumabsperrventil 11 als Strahlaustasteinrichtung gebildet sein. Ein Signal, wie von der Probe erzeugte Sekundärelektronen, wird durch eine Erfassungseinheit 8 erfasst und dann durch eine Verstärkungseinheit 9 verstärkt. Danach wird das verstärkte Signal als Bild auf einem Bildanzeigegerät 10 angezeigt. Auch werden die von der Steuerungseinheit 1 erzeugte Bestrahlungsdosis und Bestrahlungszeit auf diesem Bildanzeigegerät 10 angezeigt. Diese Daten können auf einem Bedienungsanzeigegerät, das einen Bedienschirm anzeigen kann, anstelle des Bildanzeigegeräts 10 zum ausschließlichen Anzeigen eines Bilds angezeigt werden.
Unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm der 2 erfolgt nun eine Beschreibung zu Funktionen/zum Betriebssystem des in der 1 dargestellten Elektronenmikroskops gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In diesem Flussdiagramm wird, während eine Spannung an die Ablenkelektrode 6 angelegt wird und alle Elektronenstrahlen auf den Faradaybecher 5 gestrahlt werden, um einen Bestrahlungsstrom zu messen (Schritt S21), die Elektronenkanone- Steuerungsschaltung 2 durch die CPU der Steuerungseinheit 1 auf solche Weise gesteuert, dass der Bestrahlungsstrom auf einen wünschenswerten Wert eingestellt wird. Anschließend wird ein Betrachtungs-Gesichtsfeld eingestellt, und es wird eine Vergrößerung (Vergrößerungswert) eingestellt, um die mikroskopische Beobachtung zu starten (Schritt S22). Gleichzeitig mit dem Start der mikroskopischen Beobachtung startet der Timer T seinen Zählvorgang für die Bestrahlung. Die CPU berechnet die Bestrahlungsdosis auf Grundlage des gemessenen Bestrahlungsstroms, der eingestellten Vergrößerung und der gezählten Bestrahlungszeit (Schritt S23). Dann zeigt die CPU sequenziell die Rechenergebnisse auf dem Bildanzeigegerät 10 an (S24).
Wenn die mikroskopische Beobachtung unter denselben Bedingungen fortgesetzt wird (d.h. JA im Schritt S25), werden die in den Schritten S23 und S24 definierten mikroskopischen Beobachtungsvorgänge wiederholt. Wenn die mikroskopische Beobachtung nicht abgeschlossen ist, aber die Beobachtungsbedingungen geändert werden, wird der Bestrahlungsstrom variiert (Schritt S27) und die eingestellte Vergrößerung wird geändert (Schritt S28), falls erforderlich.
Auch werden, in den oben beschriebenen Fällen, die Dosisberechnungen unter Verwendung der variierten Parameter kontinuierlich ausgeführt, und die multiplizierten Dosismengen der Bestrahlung werden sequenziell angezeigt. Es sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn die Bestrahlung geändert wird, der Faradaybecher 5 dazu verwendet wird, erneut einen Bestrahlungsstrom zu messen, wobei dann diese gemessene Bestrahlungsstromstärke bei der Berechnung der Bestrahlungsdosis verwendet wird.
Im Fall eines rasternden (Typ) Elektronenmikroskops sei nun beispielsweise angenommen, dass der Bestrahlungsstrom auf 2 pA eingestellt ist und die Vergrößerung auf 10.000-fach eingestellt ist. Wenn nun angenommen wird, dass die Dimension eines Anzeigeabschnitts des Bildanzeigegeräts 10 200 mm × 200 mm beträgt, wird eine Bestrahlungsfläche der Elektronenstrahlen 20 μm × 20 μm. Wenn nun 20 ms dazu erforderlich sind, einen einzelnen Schirm durchzurastern, beträgt die Bestrahlungsfläche der Elektronenstrahlen pro 1 Sek. ungefähr 20 μm × 20 μm × 50 = 20.000 μm². Die Bestrahlungsdosis beträgt auf Grundlage der Formel (1) (2 pA/20.000 μm²) × Bestrahlungszeit (Sek.).
Als Nächstes wird, wenn die eingestellte Vergrößerung auf 20.000-fach geändert wird, die Bestrahlungsfläche der Elektronenstrahlen 10 μm × 10 μm, und die Elektronenstrahl-Bestrahlungsfläche pro 1 Sek. beträgt ungefähr 10 μm × 10 μm × 50 = 50.000 μm², ähnlich dem oben beschriebenen Fall. Dabei wird die Bestrahlungsdosis auf Grundlage der Formel (1) (2 pA/5.000 μm²) × Bestrahlungszeit (Sek.). Dabei entspricht die multiplizierte Bestrahlungsdosis einem Wert, der dadurch definiert ist, dass die bei 20.000-facher Vergrößerung multiplizierte Bestrahlungsdosis zur bei 10.000-facher Vergrößerung erzielten multiplizierten Bestrahlungsdosis addiert wird. Diese Rechenvorgänge werden von der CPU 1 ausgeführt, und dann auf dem Bildanzeigegerät 10 angezeigt.
Selbst wenn der Bestrahlungsstrom geändert wird, wird die Bestrahlungsdosis auf Grundlage der Formel (1) berechnet, und dann wird als multiplizierte Bestrahlungsdosis derjenige Wert angezeigt, der dadurch erhalten wird, dass die Dosis nach der Änderung des Bestrahlungsstroms zur Dosis vor der Änderung desselben addiert wird. Wie oben beschrieben können selbst dann, wenn die Vergrößerung und der Bestrahlungsstrom geändert werden, die multiplizierten Bestrahlungsdosismengen für den Abschnitt, in den die Elektronenstrahlen gestrahlt werden, fortlaufend berechnet werden, und dann werden die multiplizierten Bestrahlungsdosismengen sequenziell mit einem geeigneten Zeitintervall angezeigt. Infolgedessen kann der Bediener den geeigneten Zeitpunkt erkennen, zu dem auf Grundlage der bekannten Beziehung zwischen der Probenverunreinigung und der Bestrahlungsdosis die Einstrahlung von Elektronenstrahlen unterbrochen werden muss.
Allgemein gesagt, wird in einem Elektronenmikroskop ein Gesichtsfeld bei niedriger Vergrößerung gesucht, und dann wird die Vergrößerung allmählich erhöht, und danach werden eine mikroskopische Beobachtung und auch eine mikroskopische Längenmessung bei hoher Vergrößerung ausgeführt. Dann ist, wie es aus den oben beschriebenen Rechenvorgängen leicht ersichtlich ist, die Bestrahlungsdosis pro Einheitsfläche niedrig, da die Bestrahlungsfläche der Elektronenstrahlen bei niedriger Vergrößerung groß ist. Daher kann der Zeitpunkt, zu dem eine multiplizierte Bestrahlungsdosis, wie folgt eingestellt werden. Z.B. kann die Dosisberechnung bei einer Vergrößerung über 5.000-fach gestartet werden.
Bei einem Elektronenmikroskop mit einer Einrichtung zum Erfassen einer Tischposition und eines Strahlauslenkwerts ist, wenn das aktuelle Gesichtsfeld vollständig auf ein neues Gesichtsfeld geändert wird, ein Verfahren denkbar, bei dem eine multiplizierte Bestrahlungsdosis wieder auf null gesetzt wird und eine Bestrahlungsdosis für dieses neue Gesichtsfeld neu be rechnet wird. Die 3 repräsentiert eine andere Ausführungsform hinsichtlich eines Verfahrens zum Berechnen einer Bestrahlungsdosis, wenn das aktuelle Gesichtsfeld geändert wird.
Es wird nun auf den in der 3 dargestellten Flussablauf Bezug genommen, gemäß dem der Tisch an eine erste mikroskopische Beobachtungsposition transportiert wird und ein Koordinatenwert dieses Gesichtsfelds berechnet wird, woraufhin der berechnete Koordinatenwert im Speicher A registriert wird. Beispielsweise sei nun angenommen, wie es in der 4 dargestellt ist, dass der Tisch-Koordinatenwert des Gesichtsfelds, wo die mikroskopische Beobachtung und die mikroskopische Längenmessung aktuell ausgeführt werden, durch (X, Y) = (100.000 μm; 100.000 μm) definiert ist und der Strahlauslenkwert durch (X, Y) = (10 μm, –10 μm) definiert ist, wodurch ein Koordinatenwert eines Gesichtsfeldzentrums, gewandelt in den Tisch-Koordinatenwert, durch (X, Y) = (100.000 +m 10 μm, 100.000 – 10 μm) = (100.010 μm, 99.990 μm) definiert sein kann.
Wenn nun auch angenommen wird, dass die Verzögerung zu 10.000-fach ausgewählt wird, die Länge einer Kante des Gesichtsfelds, auf das die Elektronenstrahlen gestrahlt werden, 200 μm entspricht, sind, wenn der oben beschriebene Fall gilt, die Koordinatenwerte von vier Ecken des Gesichtsfelds, die in Tisch-Koordinatenwerte gewandelt werden, wie folgt gegeben: (99.910 m; 100.090 μm), (100.110 μm; 100.090 μm), (99.910 μm; 99.890 μm), bzw. (100.110 μm; 99.890 μm). Dann wird die Probe mikroskopisch beobachtet, und die Länge wird in diesem Gesichtsfeld mikroskopisch gemessen, und ferner erfolgt eine Berechnung zu einer multiplizierten Bestrahlungsdosis auf ähnliche Weise wie im Fall der 2. So wird die berechnete Bestrahlungsdosis angezeigt (Schritt S31).
Als Nächstes wird, wenn der Tisch verstellt wird, um das Beobachtungs-Gesichtsfeld zu ändern, die Berechnung der Bestrahlungsdosis vorübergehend angehalten (Schritt S32). Auf Grundlage der Tisch-Koordinatenwerte, des Strahlauslenkwerts und der Vergrößerung erfolgt eine Berechnung zu Koordinatenwerten der vier Ecken des geänderten Gesichtsfelds, die auf ähnliche Weise wie bei der oben erläuterten Berechnung in Tisch-Koordinatenwerte gewandelt werden. Dann werden die berechneten Koordinatenwerte im Speicher B registriert (Schritt S33). Anschließend werden die im Speicher A registrierten Koordinatenwerte mit denen verglichen, die im Speicher B registriert sind (Schritt S34). Im Ergebnis kann, wenn nicht alle Koordinatenwerte der vier Ecken, wie sie im Speicher B registriert sind, in die Koor dinatenwerte der vier Ecken des Gesichtsfelds eingegeben sind, bevor der Tisch verstellt wird, wie sie im Speicher A registriert wurden, beurteilt werden, dass dieses Gesichtsfeld einem derartigen neuen Gesichtsfeld entspricht, bei dem kein Gesichtsfeld mit einem anderen überlappt. Daher wird der multiplizierte Bestrahlungswert rückgesetzt (Schritt S35), und es wird eine Bestrahlungsdosis für das neue Gesichtsfeld berechnet, und dann wird die Multiplikation ausgehend von null gestartet, und ferner wird das Multiplikationsergebnis angezeigt (Schritt S37). Wenn das Gesichtsfeld erneut verstellt wird, wird die Berechnung zur Bestrahlungsmenge vorübergehend angehalten (Schritt S38) und die Koordinatenwerte des Speichers B werden an den Speicher A übertragen (Schritt S39). Außerdem werden Koordinatenwerte des neuen Gesichtsfelds berechnet, und die berechneten Koordinatenwerte werden im Speicher B registriert, außer wenn diese Bestrahlungsdosisberechnung endet (Schritt S33). Anschließend wird eine ähnliche sequenzielle Operation wiederholt.
Durch diese Vorgehensweise ist es selbst dann, wenn das Gesichtsfeld geändert wird, möglich, die multiplizierte Bestrahlungsdosis in Bezug auf dieses geänderte Gesichtsfeld zu erfassen. Umgekehrt wird, wenn beurteilt wird, dass die Gesichtsfelder miteinander überlappen, die Bestrahlungsdosis nicht auf null rückgesetzt, sondern es wird weiterhin die multiplizierte Bestrahlungsdosis berechnet.
Die 3 repräsentiert eine Ausführungsform, bei der die Koordinatenwerte vor/nach einer Änderung des Gesichtsfelds gespeichert werden. Alternativ kann, wenn die Koordinatenwerte aller Gesichtsfelder, in denen die mikroskopische Beobachtung und die mikroskopische Längenmessung ausgeführt werden, und wenn ferner die multiplizierten Bestrahlungsdosismengen, die diesen Koordinatenwerten entsprechen, vorab in den Speichern A bis N der Steuerungseinheit 1 abgespeichert wurden, die korrekte Bestrahlungsdosis im relevanten Gesichtsfeld dadurch erfasst werden, dass anschließend die zuvor berechnete multiplizierte Bestrahlungsdosis addiert wird, um die multiplizierte Bestrahlungsdosis für einen Fall zu berechnen, bei dem eine mikroskopische Längenmessung mehrmals im selben Gesichtsfeld ausgeführt wird.
Hinsichtlich einer Probe wird z.B. ein integrierter Schaltkreis, dessen mikroskopische Beobachtung und mikroskopische Längenmessung ausgeführt wurden, ein Chip untersucht, bei dem die Bestrahlungsdosis groß ist, und dann wird dieser Chip nicht als Enderzeugnis verwendet, was zu einer Vergrößerung der Ausbeute und auch der Zuverlässigkeit führt.
Die 5 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Es wird eine Bezugs-Bestrahlungsdosis in freien Speichern A bis N in der Steuerungseinheit 1 registriert (Schritt S51). Z.B. existieren Unterschiede hinsichtlich des Grads der Probenverunreinigung abhängig von Bestrahlungsdosismengen, abhängig von Arten von auf Oberflächen von Proben aufgetragenen Fotoresists. Demgemäß werden, wenn zulässige Bestrahlungsdosismengen hinsichtlich jeder Art von Fotoresist registriert werden, die Bezugs-Bestrahlungsdosismengen entsprechend den jeweiligen Fotoresists in der Vorrichtung gespeichert. Wenn die Probe mikroskopisch betrachtet wird, wählt entweder der Bediener oder eine andere CPU mit höherer Qualität als der der oben beschriebenen CPU die Art dieser Probe aus, so dass die für die Probe bei mikroskopischer Beobachtung zulässige Bestrahlungsdosis ausgelesen werden kann (Schritt S52). Wenn andererseits die mikroskopische Beobachtung gestartet wird und dann Elektronenstrahlen mit einem bestimmten Bestrahlungsstrom und einer voreingestellten Vergrößerung auf die Probe gestrahlt werden, wird die multiplizierte Bestrahlungsdosis auf ähnliche Weise wie es zuvor unter Bezugnahme auf die 2 erläutert wurde, berechnet und angezeigt (Schritte S53 bis S55). Danach wird, wenn diese mikroskopische Beobachtung unter denselben fortgesetzt wird ("JA" im Schritt S56), die in den Schritten S54 und S55 definierte mikroskopische Beobachtung wiederholt. Wenn keine weitere mikroskopische Beobachtung erfolgt ("NEIN" im Schritt S56) sondern die Beobachtungsbedingungen geändert werden, wird der Bestrahlungsstrom geändert (Schritt S58) und die voreingestellte Vergrößerung wird geändert (Schritt S59), falls erforderlich.
Die durch die mikroskopische Beobachtung dieser Probe berechneten, multiplizierten Bestrahlungsdosismengen werden auf einer Anzeigeeinheit wie dem Bildanzeigegerät 10 nahe bei der registrierten Bestrahlungsdosis angezeigt. Im Ergebnis kann der Bediener aus dieser Anzeige leicht erkennen, ob die während der mikroskopischen Beobachtung multiplizierte Bestrahlungsdosis größer als die zulässige Bestrahlungsdosis ist. Wenn die multiplizierte Bestrahlungsdosis größer als die zulässige Bestrahlungsdosis wird, kann der Bediener die Elektronenstrahleinstrahlung unterbrechen. Im Ergebnis kann, da Elektronenstrahlen nicht übermäßig eingestrahlt werden, eine Probenverunreinigung in den zulässigen Verunreinigungsbereich hinein abgesenkt werden.
Als Bestrahlungsdosis-Anzeigeverfahren kann nicht nur der Zahlenwert der Bestrahlungsdosis direkt angezeigt werden, sondern es können auch andere Dosisanzeigeverfahren verwendet werden. Z.B. kann, wie es in der 6 dargestellt ist, eine Verhältnisanzeige unter einer Bedingung erfolgen, gemäß der die registrierte Bestrahlungsdosis auf 100% gesetzt wird, damit das Verhältnis der aktuellen multiplizierten Bestrahlungsdosis mit der registrierten Bestrahlungsdosis unmittelbar erfasst werden kann.
Die 6 repräsentiert schematisch eine Probe, wobei ein Anzeigeschirm 20 des Bildanzeigegeräts 10 in eine Bildanzeigeeinheit 20 und eine Datenanzeigeeinheit 22 unterteilt ist. Auf der Bildanzeigeeinheit 21 wird ein vergrößertes Bild einer Probe angezeigt, wohingegen auf der Datenanzeigeeinheit 22 verschiedene Information, wie der Wert des Bestrahlungsstroms und die Vergrößerung, angezeigt werden. In einem Teil der Datenanzeigeeinheit 22 erfolgt eine grafische Darstellung 25 hinsichtlich des Verhältnisses der aktuellen multiplizierten Bestrahlungsdosis zur aktuell zulässigen Bestrahlungsdosis 100. Ein schraffierter Bereich der grafischen Wiedergabe 25 kennzeichnet die aktuelle multiplizierte Bestrahlungsdosis, und das Gebiet dieses schraffierten Bereichs nimmt in Verbindung mit der Zunahme der multiplizierten Bestrahlungsdosis sukzessive zu.
Die 7 ist ein Flussdiagramm zum Erläutern einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform werden für jeweilige Proben zulässige Bestrahlungsdosismengen in freien Speichern A bis N registriert (Schritt S71). Wenn eine Probe mikroskopisch beobachtet wird, liest entweder ein Bediener oder eine andere CPU mit höherer Qualität als der der oben beschriebenen CPU die der beobachteten Probe entsprechende zulässige Bestrahlungsdosis aus den Speichern A bis N aus (Schritt S72). Dann wird, ähnlich wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform, eine multiplizierte Bestrahlungsdosis berechnet (Schritte S73 und S74) und die aktuelle multiplizierte Bestrahlungsdosis wird durch die CPU mit der zulässigen Bestrahlungsdosis verglichen/berechnet (Schritt S75). Als Ergebnis dieser Vergleichsoperation wird, wenn geschlossen werden kann, dass die aktuelle multiplizierte Bestrahlungsdosis die registrierte Bestrahlungsdosis überschreitet, der Austastvorgang ausgeführt, damit die an die Ablenkelektrode 6 angelegte Spannung die Elektronenstrahlen nicht auf die Probe strahlt (Schritt S79). Wenn der Bestrahlungsstrom geändert wird (Schritt S77) oder wenn die voreingestellte Vergrößerung geändert wird (Schritt S78), während die mikroskopische Beobachtung ausgeführt wird, wird, mit Ausnahme des Falls, dass diese mikroskopische Beobachtung abgeschlossen wird (Schritt S76), die Berechnung für die multiplizierte Bestrahlungsdosis dadurch fortgesetzt, dass sich die geänderten Werte in dieser Berechnung auf ähnliche Weise widerspiegeln, wie es bereits für die 2 erläutert wurde.
Gemäß dieser Ausführungsform kann, da die Elektronenstrahleinstrahlung auf die Probe unter Verwendung des Vergleichsergebnisses automatisch gestoppt werden kann, der Grad der durch die Elektronenstrahlen hervorgerufenen Probenverunreinigung auf einen vorbestimmten, zulässigen Bereich herabgedrückt werden. Insbesondere dann, wenn die Vergrößerung erhöht wird, würde die Bestrahlungsdosis nicht schnell erhöht werden. Infolgedessen ist es, gemäß dieser Ausführungsform, sicher möglich, eine solche Schwierigkeit zu vermeiden, dass Elektronenstrahlen übermäßig auf die Probe gestrahlt werden, und zwar im Vergleich zu einem Zustand, gemäß dem der Bediener die Elektronenstrahleinstrahlung manuell unterbricht.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 5 erfolgt nun eine Beschreibung zu einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird eine Bestrahlungsdosis in eine Bestrahlungszeit gewandelt, die dann angezeigt wird. Wie bereits erläutert, werden für die jeweiligen Proben zulässige Bestrahlungsdosismengen in der Vorrichtung registriert (Schritt S51). Beispielsweise sei angenommen, dass eine registrierte Bestrahlungsdosis für eine Probe "S" den Wert "X" habe. Dieser Wert "X" wird entweder durch den Bediener oder eine andere CPU mit höherer Qualität als der der oben beschriebenen CPU ausgewählt, und dann wird er durch die letztgenannte CPU in eine berechenbare Bedingung gebracht (Schritt S52). Da die der registrierten Bestrahlung entsprechende Bestrahlungszeit durch die unten angegebene Formel (2), die durch Modifizieren der Formel (1) erhalten wird, ausgedrückt werden kann, wird diese zulässige Bestrahlungszeit im Schritt S54 berechnet. Bestrahlungszeit = Bestrahlungsdosis/Bestrahlungsstrom pro Einheitsfläche (2)
Nun sei angenommen, dass der Bestrahlungsstrom im Schritt S52 auf 2 pA eingestellt wird und die Vergrößerung im Schritt S53 auf 10.000-fach eingestellt wird. Auch wird, wenn die Abmessungen des Anzeigeschirms des Bildanzeigegeräts 10 200 mm × 200 mm betragen, der Bestrahlungsstrom pro Einheitsfläche (2 pA/20.000 μm²). Die für die Probe S zulässige Bestrahlungszeit T₁ wird aus der Formel (2) zu T₁ = X/(2 pA/20.000 μm²) Sek. berechnet. Dieser Wert T₁ bildet die zulässige Bestrahlungszeit unter solchen Bedingungen, dass der Bestrahlungsstrom 2 pA beträgt und die Vergrößerung 10.000-fach ist.
Diese zulässige Bestrahlungszeit T₁ und auch die aktuelle Bestrahlungszeit "t" werden in enger Nachbarschaft auf dem Bildanzeigegerät 10 angezeigt (Schritt S55), so dass der Bediener erkennen kann, wieviel Mikroskopbeobachtungszeit noch verbleibt, was eine Arbeitsskala liefern kann. Auch kann der Bediener, wenn die aktuelle Bestrahlungszeit "t" diese zulässige Bestrahlungszeit T₁ überschreitet, die Elektronenstrahleinstrahlung beenden, so dass das Ausmaß der Probenverunreinigung in den zulässigen Bereich hinein herabgedrückt werden kann. Wie es in der 8 dargestellt ist, ist am Bildanzeigegerät 10 ein Zahlenwert-Anzeigebereich 26 ausgebildet. Die Restzeit, in der Elektronenstrahlen eingestrahlt werden können, d.h. (T₁ – t) kann mit einem Zahlenwert direkt im Zahlenwert-Anzeigeabschnitt 26 angezeigt werden. Alternativ kann, wie es in der 9 dargestellt ist, wenn nun angenommen wird, dass die zulässige Bestrahlungszeit auf 100% gesetzt wird, die verbliebene Zeit als Verhältnis angezeigt werden.
Für diese Ausführungsform erfolgt nun eine andere Erläuterung für einen Fall, bei dem die voreingestellte Vergrößerung geändert wird (Schritt S57). Wenn nun angenommen wird, dass die Mikroskopbeobachtungsvergrößerung bei der aktuellen Bestrahlungszeit t₁ auf 20.000-fach geändert wird, wird die Bestrahlungszeit "X₁" bis zur aktuellen Bestrahlungszeit t1 aufgrund der Formel (1) X₁ = (2 pA/20.000 μm²) × t₁, wohingegen die zulässige restliche Bestrahlungsdosis X₂ zu X₂ = X – X₁ wird. Wenn die Vergrößerung auf das 20.000-fache geändert wird, wird Bestrahlungsstrom/Einheitsfläche zu (2 pA/5.000 μm²). Die zulässige Bestrahlungszeit t₂ nach dem Ändern der Vergrößerung auf das 20.000-fache ist auf Grundlage der Formel (2) als T₂ = X₂/(2 pA/5.000 μm²) Sek. gegeben. Ähnlich wie bei der obigen Ausführungsform werden diese zulässige Bestrahlungszeit T₂, die aktuelle Bestrahlungszeit, nachdem die Vergrößerung zum 20.000-Fachen wurde, und die verbliebene Zeit (T₂ – t), während der Elektronenstrahlen eingestrahlt werden können, auf dem Bildanzeigegerät 10 angezeigt. Infolgedessen kann der Bediener das Verstreichen der Mikroskop-Bestrahlungszeit erkennen, und er kann auch die Elektronenstrahleinstrahlung innerhalb eines solchen Bereichs unterbrechen, dass das Ausmaß der Probenverunreinigung zulässig ist.
Selbst wenn der Bestrahlungsstrom variiert wird (Schritt S56), wird die zulässige Bestrahlungszeit durch die Formel (2) aus der zulässigen Bestrahlungsdosis in der CPU 1 neu berechnet, und diese berechnete, zulässige Bestrahlungszeit wird auf dem Bildanzeigegerät 10 angezeigt, so dass, da der Bediener das Verstreichen der Mikroskop-Bestrahlungszeit sowie den Zeitpunkt, zu dem die Elektronenstrahleinstrahlung unterbrochen wird, erkennen kann, dass Ausmaß der Probenverunreinigung auf innerhalb den zulässigen Bereich herabgedrückt werden kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden eine Bezugs-Bestrahlungszeit und eine Bezugs-Mikroskopbeobachtungsvergrößerung, wie sie für die jeweiligen Proben zulässig sind, in der CPU 1 und dergleichen registriert. Während der mikroskopischen Beobachtung wählt entweder der Bediener oder eine andere CPU mit höherer Qualität als der der oben beschriebenen CPU 1 die Probe aus, und es wird die Bestrahlungszeit entsprechend dieser ausgewählten Probe aus den registrierten Bestrahlungszeiten ausgelesen. Wenn der Bestrahlungsstrom eingestellt ist und die Vergrößerung zur registrierten Beobachtungsvergrößerung wird, beginnt die CPU 1 damit, die aktuelle Bestrahlungszeit zu zählen. Da die registrierten Bestrahlungszeiten und die aktuellen Bestrahlungszeiten sequenziell auf dem Bildanzeigegerät 10 angezeigt werden, kann der Bediener die Basis der Mikroskop-Bestrahlungszeit erkennen, die für die Einstrahlung der Elektronenstrahlen zulässig ist. Auch kann, da die Elektronenstrahleinstrahlung unterbrochen werden kann, ohne dass die zulässige Bestrahlungszeit überschritten wird, das Ausmaß der Probenverunreinigung auf innerhalb den zulässigen Bereich herabgedrückt werden. Das Verhältnis der aktuellen Bestrahlungszeit zur registrierten Bestrahlungszeit kann sequenziell auf dem Bildanzeigegerät 10 angezeigt werden. Alternativ kann die verbliebene Bestrahlungszeit, wie sie für die Mikroskopbeobachtung zulässig ist, d.h. (registrierte, zulässige Bestrahlungszeit – aktuelle Bestrahlungszeit) sequenziell auf dem Bildanzeigegerät 10 angezeigt werden, was zu einem ähnlichen Effekt wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform führt.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform werden sowohl die Bestrahlungszeit als auch die Mikroskopbeobachtungsvergrößerung registriert, wie sie für jede von Proben zulässig sind. Nachdem die Vergrößerung zur registrierten Beobachtungsvergrößerung wurde, wird die registrierte Bestrahlungszeit sequenziell mit der aktuellen Bestrahlungszeit verglichen/berechnet. Wenn z.B. die aktuelle Bestrahlungszeit die registrierte Bestrahlungszeit überschreitet, wird ein Austastvorgang auf solche Weise ausgeführt, dass die Spannung so an die Ablenkelektrode 6 angelegt wird, dass die Elektronenstrahlen nicht auf die Probe gestrahlt werden. Wie oben beschrieben, wird die Elektronenstrahleinstrahlung auf die Probe auf Grundlage des Vergleichsergebnisses automatisch unterbrochen, so dass das Ausmaß der durch die Elektronenstrahleinstrahlung verursachten Probenverunreinigung sicher auf in einen vorgewählten Bereich hinein herabgedrückt werden kann.

Claims

Rasterelektronenmikroskop mit einer Bildanzeigevorrichtung (10) zur Anzeige eines Bilds eines bestrahlten Bereichs einer Probe (4), die von einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, aufweisend: eine Einrichtung (2, 3, 6) zum Rastern eines Elektronenstrahls auf einer Probe (4), eine Einrichtung (5, 7) zum direkten Messen des Elektronenstrahl-Bestrahlungsstroms, eine Zeitmeßeinrichtung (1, T) zum Messen einer Bestrahlungszeit von Elektronenstrahlen auf einem Beobachtungsbereich auf der Probe (4), und eine Einrichtung (1) zum fortlaufenden Berechnen einer auf den Beobachtungsbereich gestrahlten Elektronenstrahl-Dosisgröße aufgrund des gemessenen Elektronenstrahl-Bestrahlungsstroms, der Elektronenstrahl-Bestrahlungszeit und einer vorgegebenen Beobachtungsvergrößerung, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (10, 20, 21, 22) eingerichtet ist, die berechnete Elektronenstrahl-Dosisgröße fortlaufend zusammen mit dem Bild der Probe (4) anzuzeigen.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: eine Einrichtung (1, 12) zum Aufnehmen einer erlaubbaren Bestrahlungsdosis als Bezugsgröße, wobei die Anzeigevorrichtung (10, 20, 22, 25) eingerichtet ist, die aufgenommene erlaubbare Bestrahlungsdosis fortlaufend im Vergleich zu einer eingestrahlten Elektronenstrahl-Dosis auf dem Beobachtungsbereich der Probe (4) anzuzeigen.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: eine Einrichtung (1, 12) zur Aufnahme einer erlaubbaren Bestrahlungsdosis als Bezugsgröße, und eine Einrichtung (6, 11) zum Unterbrechen der Elektronenstrahl-Bestrahlung auf die Probe (4), wenn die Dosis des auf den Beobachtungsbereich der Probe (4) eingestrahlten Elektronenstrahls die aufgenommene erlaubbare Bestrahlungsdosis übersteigt.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: eine Einrichtung (1, 12) zur Aufnahme einer erlaubbaren Bestrahlungsdosis als Bezugsgröße, und eine Einrichtung (1) zum Berechnen einer erlaubbaren Bestrahlungszeit nach folgender Formel, wobei die auf den Beobachtungsbereich der Probe eingestrahlte Elektronenstrahl-Dosis innerhalb dieser Zeit die aufgenommene erlaubbare Bestrahlungsdosis erreicht: erlaubbare Bestrahlungszeit = (erlaubbare Bestrahlungsdosis)/(gemessener Bestrahlungsstrom pro Flächeneinheit des Proben-Beobachtungsbereichs).
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 4, weiterhin aufweisend: eine Zeitmeßeinrichtung (1, T) zum Messen einer Elektronenstrahl-Bestrahlungszeit auf dem Beobachtungsbereich der Probe, und eine Einrichtung (10, 20, 26) zum fortlaufenden Anzeigen der erlaubbaren Elektronenstrahl-Bestrahlungszeit im Vergleich mit der von der Zeitmeßeinrichtung gemessenen Elektronenstrahl-Bestrahlungszeit.
Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: eine Einrichtung (1, 12) um als Bezugsgrößen eine erlaubbare Kombination einer Elektronenstrahl-Bestrahlungszeit und eines Beobachtungs-Vergrößerungsfaktors anzunehmen, und eine Einrichtung (1) zum Vergleichen der aufgenommenen Elektronenstrahl-Bestrahlungszeit mit der von der Zeitmeßeinrichtung (1) gemessenen Elektronenstrahl-Bestrahlungszeit unter fortlaufender Anzeige des Vergleichsergebnisses.