DE10393970T5

DE10393970T5 - Probenbetrachtungsgerät und Probenbetrachtungsverfahren

Info

Publication number: DE10393970T5
Application number: DE10393970T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Seyama; Masayuki Kuribara; Toshihiko Hara; Kazuhiro Arakawa; Toshimichi Iwai
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2007-03-15
Also published as: JPWO2004061892A1; US7262410B2; JP4469727B2; US20060006330A1; WO2004061892A1

Abstract

Probenbetrachtungsgerät zum Betrachten der Oberfläche einer Probe durch Strahlen eines Elektronenstrahls, umfassend:
eine Elektronenkanone zum Strahlen des Elektronenstrahls auf die Oberfläche der Probe;
einen Potentialsteuerabschnitt zum Einstellen des elektrischen Potentials der Oberfläche der Probe auf ein Potential, das im Vorhinein festgesetzt wurde, durch Anlegen einer Spannung an die Probe, auf der Grundlage der Menge der elektrischen Ladung auf der Oberfläche der Probe;
einen Elektronenerfassungsabschnitt zum Erfassen von Elektronen, die erzeugt werden, wenn der Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Probe gestrahlt wird;
und
einen Abschnitt zum Erfassen des Aussehens zum Erfassen des Aussehens der Oberfläche der Probe pro jedem Punkt auf der Oberfläche auf der Grundlage der Elektronen, die durch den Elektronenerfassungsabschnitt erfasst werden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Probenbetrachtungsgerät und ein Probenbetrachtungsverfahren zum Betrachten des Aussehens einer Oberfläche einer Probe und, um genauer zu sein, ein Gerät und ein Verfahren zum Betrachten des Aussehens einer Oberfläche der Probe durch deren Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung die folgende Japanische Patentanmeldung deren Inhalt hierin, wenn anwendbar, durch Inbezugnahme übernommen wird.

Japanische Patentanmeldung Nr. 2002-380192
Eingereicht am 27. Dezember 2002

Erfindungshintergrund
Herkömmlicherweise gibt es beispielsweise zum Betrachten eines Aussehens der Oberfläche einer Probe ein Rasterelektronenmikroskop. Das herkömmliche Elektronenrastermikroskop ermöglicht es jemandem, das Aussehen der Oberfläche einer Probe durch Erfassen von Sekundärelektronen zu betrachten, die erzeugt werden, wenn ein Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Probe gestrahlt wird. Zugleich wird an den Elektronenstrahl, der durch eine Elektronenkanone erzeugt wird, eine Beschleunigungsspannung angelegt, um den Strahl auf die Oberfläche der Probe zu strahlen. Beispielsweise wird der Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Probe durch Einstellung des Potentials der Oberfläche der Probe gestrahlt, bei einem Referenzpotential wie einem Erdpotential und durch Anlegen einer negativen Spannung an die Elektronenkanone. Ein Gerät zum Erfassen der Sekundärelektronen ist an einer Position in einer zweckmäßigen Distanz auf Abstand zur Oberfläche der Probe angeordnet.
Das Gerät, das die Konfiguration aufweist, wie sie oben beschrieben wurde, kann ein Sekundärelektronenbild erfassen, das das Aussehen der Oberfläche der Probe durch Rastern der Oberfläche der Probe durch den Elektronenstrahl zeigt. Im Übrigen muss der Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Probe fokussiert werden, um die Oberfläche der Probe mit Präzision zu betrachten. Zu diesem Zweck ist das Elektronenmikroskop mit Linsen zum Konvergieren des Elektronenstrahls ausgestattet.
Das herkömmliche Gerät ist jedoch unfähig gewesen, das Aussehen der Oberfläche einer Probe mit Präzision zu erfassen, wenn die Oberfläche der Probe mit Elektrizität geladen ist, demgemäß ein Potential erzeugt wird, das sich vom Referenzpotential unterscheidet. Wenn die Oberfläche der Probe beispielsweise mit positiver elektrischer Ladung geladen ist, können die erzeugten Sekundärelektronen von der Oberfläche der Probe angezogen werden und können nicht in der Lage sein, das Gerät zur Erfassung der Sekundärelektronen zu erreichen. Deshalb ist es nicht in der Lage, die Sekundärelektronen mit Präzision zu erfassen und demgemäß ist es schwierig, das Sekundärelektronenbild mit Präzision zu erhalten.
Noch weiter kann, wenn die Oberfläche der Probe mit Elektrizität aufgeladen ist, die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls variieren, demgemäß kann der Pegel des Fokus des Elektronenstrahls auf der Oberfläche der Probe variieren. Weil die Divergenz des Elektronenstrahls auf der Oberfläche der Probe vom Pegel des Fokus des Elektronenstrahls abhängt, ist es auch in diesem Fall schwierig, das Sekundärelektronenbild mit Präzision zu erhalten.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Probenbetrachtungsgerät und ein Probenbetrachtungsverfahren bereitzustellen, das die oben erwähnten Probleme lösen kann. Dieses Ziel kann durch Kombinieren der Merkmale erreicht werden, die in den unabhängigen Ansprüchen der Erfindung beschrieben werden. Abhängige Ansprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Beschreibung der Erfindung
Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Probenbetrachtungsgerät zum Betrachten der Oberfläche einer Probe durch Strahlen eines Elektronenstrahls bereitgestellt, das eine Elektronenkanone zum Strahlen des Elektronenstrahls auf die Oberfläche der Probe aufweist, ferner einen Potentialsteuerabschnitt zum Einstellen des elektrischen Potentials der Oberfläche der Probe auf ein Potential, das im Vorhinein festgesetzt wurde, durch Anlegen einer Spannung an die Probe, auf der Grundlage der Menge der elektrischen Ladung auf der Oberfläche der Probe, ferner einen Elektronenerfassungsabschnitt zum Erfassen von Elektronen, die erzeugt werden, wenn der Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Probe gestrahlt wird und ferner einen Abschnitt zum Erfassen des Aussehens zum Erfassen des Aussehens der Oberfläche der Probe pro jedem Punkt auf der Oberfläche auf der Grundlage der Elektronen, die durch den Elektronenerfassungsabschnitt erfasst werden.
Vorzugsweise ist das Probenbetrachtungsgerät darüber hinaus mit einem Probenhalter zum Befestigen der Probe ausgerüstet und der Potentialsteuerabschnitt legt die Spannung entsprechend einer Menge der elektrischen Ladung auf der Oberfläche der Probe durch ihr Anlegen an den Probenhalter an die Probe an, um das elektrische Potential auf der Oberfläche der Probe auf das im Vorhinein festgesetzte Potential einzustellen.
Vorzugsweise ist das Probenbetrachtungsgerät auch mit einem Gestell zum Befestigen des Probenhalters und einen Gestellsteuerabschnitt zum Antreiben des Gestells zum Steuern des Punktes auf der Oberfläche der Probe versehen, auf den der Elektronenstrahl gestrahlt werden soll. Dann kann der Potentialsteuerabschnitt die Spannung steuern, die an den Probenhalter angelegt wird, pro jedem Punkt auf der Oberfläche der Probe, auf den der Elektronenstrahl gestrahlt wird, entsprechend der Menge der elektrischen Ladung pro jedem Punkt auf der Oberfläche der Probe, um das potential an jedem Punkt auf der Oberfläche der Probe auf das im Vorhinein festgesetzte Potential einzustellen.
Vorzugsweise weist der Potentialsteuerabschnitt einen Speicher zum Speichern des Punkts auf der Oberfläche der Probe entsprechend mit der an den Probenhalter angelegten Spannung auf.
Das Probenbetrachtungsgerät kann darüber hinaus mit einem Energiefilter zum sequentiellen Aussortieren reflektierter Elektronen versehen sein, die eine Energie aufweisen, die höher ist als ein festgelegter Wert, und von Sekundärelektronen, die eine Energie aufweisen, die kleiner ist als die der reflektierten Elektronen, aus Elektronen, die erzeugt werden, wenn der Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Probe gestrahlt wird, und zum Zuführen dieser zum Elektronenerfassungsabschnitt; und ferner einem Fokussierungsbeurteilungsabschnitt zum Beurteilen der Pegel des Fokus des Elektronenstrahls, der entsprechend der Menge der elektrischen Ladung auf der Oberfläche der Probe variiert, auf der Grundlage der reflektierten Elektronen, die durch den Elektronenerfassungsabschnitt erfasst werden. Dann kann der Potentialsteuerabschnitt die Spannung einstellen, die an den Probenhalter angelegt werden soll, auf der Grundlage des beurteilten Ergebnisses des Fokussierungsbeurteilungsabschnitts, um den Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Probe zu fokussieren.
Vorzugsweise führt der Energiefilter die Sekundärelektronen an den Elektronenerfassungsabschnitt zu, in einem Zustand, wenn der Elektronenstrahl durch den Potentialsteuerabschnitt auf die Oberfläche der Probe fokussiert wird; und der Abschnitt zum Erfassen des Aussehens erfasst das Aussehen der Oberfläche der Probe auf der Grundlage der Sekundärelektronen, die durch den Elektronenerfassungsabschnitt erfasst werden.
Der Fokussierungsbeurteilungsabschnitt kann die Pegel des Fokus auf der Grundlage des Aussehens der Oberfläche der Probe beurteilen, das durch den Abschnitt zum Erfassen des Aussehens auf der Grundlage der reflektierten Elektronen erhalten wurde.
Noch mehr kann der Abschnitt zum Erfassen des Aussehens ein Bild der Gestalt der Oberfläche der Probe auf der Grundlage der Elektronen erhalten, die durch den Elektronenerfassungsabschnitt erfasst werden; und der Fokussierungs-Beurteilungsabschnitt kann den Pegel des Fokus auf der Grundlage der Variation der Helligkeit von Bildpunkten des Bildes beurteilen, das durch den Abschnitt zum Erfassen des Aussehens auf der Grundlage der reflektierten Elektronen erhalten wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Probenbetrachtungsverfahren zum Betrachten der Oberfläche einer Probe durch Strahlen eines Elektronenstrahls bereitgestellt, das einen ersten Bestrahlungsschritt des Strahlens des Elektronenstrahls auf die Oberfläche der Probe aufweist; ferner einen Potentialsteuerschritt des Einstellens des elektrischen Potentials der Oberfläche der Probe auf das im Vorhinein festgesetzte Potential, durch Anlegen einer Spannung, die auf der Grundlage der elektrischen Ladung auf der Oberfläche der Probe bestimmt wurde, an die Probe; ferner einen Elektronenerfassungsschritt des Erfassens von Elektronen, die erzeugt werden, wenn der Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Probe gestrahlt wird; und ferner einen Aussehenserfassungsschritt des Erfassens eines Aussehens der Oberfläche der Probe auf der Grundlage der Elektronen, die im Elektronenerfassungsschritt erfasst werden.
Es gilt zu beachten, dass die Zusammenfassung der Erfindung nicht notwendigerweise alle notwendigen Merkmale der Erfindung beschreibt. Die Erfindung kann auch eine Sub-Zusammenfassung der oben beschriebenen Merkmale sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein Diagramm, das eine exemplarische Konfiguration eines Probenbetrachtungsgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel der Funktionsweise des Probenbetrachtungsgeräts erläutert.
3 ist ein Diagramm, das eine exemplarische Konfiguration eines Energiefilters zeigt.
Die 4A und 4B sind Graphen zur Erklärung eines Beispiels eines Verfahrens zum beurteilen von Pegeln des Fokus eines Fokusbeurteilungsabschnitts, wobei 4A die Helligkeit von Bildpunkten eines reflektierten Elektronenbildes zeigt, das durch einen Abschnitt zum Erfassen des Aussehens erhalten wird, wenn der Elektronenstrahl nicht auf die Oberfläche einer Probe fokussiert ist, und 4B die Helligkeit von Bildpunkten eines reflektierten Elektronenbildes zeigt, das durch den Abschnitt zum Erfassen des Aussehens erhalten wird, wenn der Elektronenstrahl nicht auf die Oberfläche einer Probe fokussiert ist.
Bester Modus zur Ausführung der Erfindung
Die Erfindung wird nun auf der Grundlage von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben werden, die nicht beabsichtigen, den Umfang der Erfindung einzuschränken, sondern die Erfindung zu veranschaulichen. Alle Merkmale und deren Kombinationen, die in den Ausführungsbeispielen beschrieben werden, sind nicht unbedingt notwendig für die Erfindung.
1 ist ein Diagramm, das eine exemplarische Konfiguration eines Probenbetrachtungsgeräts 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Das Probenbetrachtungsgerät 100 erfasst ein Aussehen der Oberfläche einer zu betrachtenden Probe 24 durch Bestrahlen eines Elektronenstrahls 12 auf die Probe.
Zuerst wird kurz die Funktionsweise des Probenbetrachtungsgeräts 100 erläutert werden. Das Probenbetrachtungsgerät 100 legt an einen Probenhalter 26 eine Spannung entsprechend eines Betrags der elektrischen Ladung auf der Oberfläche der Probe 24 an. Dadurch stellt das Probenbetrachtungsgerät 100 das elektrische Potential der Oberfläche der Probe 24 ein, so dass das Potential im Vorhinein eingestellt wird, und bestrahlt den Elektronenstrahl 12 auf die Oberfläche der Probe 24, um das Aussehen der Oberfläche der Probe 24 zu erfassen. Der Betrag der elektrischen Ladung der Oberfläche der Probe 24 kann im Vorhinein gemessen werden, um an das Probenbetrachtungsgerät 100 übergeben zu werden, oder kann durch das Probenbetrachtungsgerät 100 gemessen werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel misst das Probenbetrachtungsgerät 100 den Betrag der elektrischen Ladung der Oberfläche der Probe 24.
Als nächstes werden die strukturellen Komponenten des Probenbetrachtungsgeräts 100 erläutert werden. Das Probenbetrachtungsgerät 100 ist mit einem Gehäuse 10, einer Elektronenkanone 14, einem Elektronenerfassungsabschnitt 16, einem Energiefilter 18, einem Deflektor 20, einer Linse 22, einem Probenhalter 26, einem Gestell 28 und einem Steuersystem 30 ausgestattet. Die Elektronenkanone 14, der Elektronenerfassungsabschnitt 16, der Energiefilter 18, der Deflektor 20 und die Linse 22 sind im Gehäuse untergebracht.
Die Elektronenkanone 14 erzeugt den Elektronenstrahl 12. An die Elektronenkanone 14 wird eine negative Beschleunigungsspannung zum Beschleunigen des Elektronenstrahls 12 in die Richtung der Probe 24 angelegt. Der Deflektor 20 lenkt den Elektronenstrahl 12 auf einen gewünschten Punkt auf der Oberfläche der Probe 24. Der Deflektor 20 lenkt den Elektronenstrahl 12 beispielsweise durch Erzeugen eines elektrischen Feldes ab.
Die Linse fokussiert den abgelenkten Elektronenstrahl 12 auf die Oberfläche der Probe 24. Die Linse 22 kann etwas sein, was einen Brennpunkt des Elektronenstrahls beispielsweise entsprechend einer gegebenen elektrischen abändert.
Die Probe 24 wird auf den Probenhalter 26 befestigt. Dem Probenhalter 26 wird ein elektrisches Potential erteilt, das höher ist als die Elektronenkanone 14, so dass der Elektronenstrahl 12 in die Richtung der Probe 24 beschleunigt wird. Der Probenhalter 26 ist auf dem Gestell 28 montiert. Das Steuersystem 30 ändert den Punkt auf der Probe 24, auf den der Elektronenstrahl 12 gestrahlt wird, durch Bewegen des Gestells 28.
Der Elektronenerfassungsabschnitt 16 erfasst Elektronen, die erzeugt werden, wenn der Elektronenstrahl 12 auf die Oberfläche der Probe 24 gestrahlt wird. Der Energiefilter 18 sortiert der Reihe nach aus den Elektronen, die erzeugt werden, wenn der Elektronenstrahl 12 auf die Oberfläche der Probe 24 gestrahlt wird, die reflektierten Elektronen, die eine höhere Energie aufweisen als ein bestimmter Wert, und Sekundärelektronen, die eine niedrigere Energie aufweisen als die reflektierten Elektronen, aus und führt sie dem Elektronenerfassungsabschnitt 16 zu. Die reflektierten Elektronen sind Elektronen des Elektronenstrahls 12, die durch die Oberfläche und das Innere der Probe 24 reflektiert werden, und die Sekundärelektronen sind Elektronen, die aus der Oberfläche der Probe 24 emittiert werden, wenn der Elektronenstrahl 12 auf die Probe 24 gestrahlt wird.
Das Steuersystem 30 weist einen Abschnitt 32 zur Erfassung des Aussehens, einen Monitor 42, eine Vielzahl von Digital-Analog-Wandlern (DAC) 44, einen Rastersteuerabschnitt 50, einen Gestellsteuerabschnitt 52 und einen allgemeinen Steuerabschnitt 54 auf.
Der Abschnitt 32 zur Erfassung des Aussehens erfasst das Aussehen der Oberfläche der Probe 24 pro jedem Punkt auf der Grundlage der Elektronen, die vom Elektronenerfassungsabschnitt 16 erfasst werden. Der Abschnitt 32 zur Erfassung des Aussehens erfasst ein Bild, das beispielsweise die Gestalt der Oberfläche der Probe 24 zeigt. Der Abschnitt 32 zur Erfassung des Aussehens weist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Verstärker 34, einen Analog-Digital-Wandler (DAC) 36, einen Framespeicher 38 und einen Fokussierungsbeurteilungsabschnitt 40 auf.
Der Verstärker 34 verstärkt ein Signal entsprechend den Elektronen, die durch die Elektronenerfassungsschaltung 16 erfasst werden, und führt es dem ADC 36 zu. Der ADC 36 konvertiert das aufgenommene Signal in ein digitales Signal und führt es dem Framespeicher 38 zu. Gleichzeitig erhält der Framespeicher 38 Information, die die Position des Elektronenstrahls 12 spezifiziert, der auf die Probe 24 gestrahlt wird, vom Rastersteuerabschnitt 46 zum Steuern des Deflektors 20 und speichert das Digitalsignal als Bilddaten in einer Adresse entsprechend der Position des Elektronenstrahls 12.
Der Monitor 42 liest der Reihe nach die Bilddaten aus, die im Framespeicher 38 gespeichert sind und gibt das Bild wider. Der Fokussierungsbeurteilungsabschnitt 40 beurteilt die Pegel des Fokus des Elektronenstrahls 12, der entsprechend des Betrags der elektrischen Ladung auf der Oberfläche der Probe 24 variiert, auf der Grundlage der reflektierten Elektronen, die vom Elektronenerfassungsabschnitt 16 erfasst werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel beurteilt der Fokussierungsbeurteilungsabschnitt 40 die Pegel des Fokus des Elektronenstrahls 12 durch Analysieren der Bilddaten, die im Framespeicher 38 gespeichert werden.
Der Rastersteuerabschnitt 46 steuert den Deflektor 20, so dass der Elektronenstrahl 12 auf einen gewünschten Punkt auf der Probe 24 gestrahlt wird. Der Rastersteuerabschnitt 46 führt dem Deflektor 20 über den DAC 44 ein Steuersignal zu. Synchron zum Steuersignal, das dem Deflektor 20 zugeführt wird, sendet der Rastersteuerabschnitt 46 ein Zeitreferenzsignal an den Framespeicher 38, um die Bilddaten eines jeden Frames im Framespeicher 38 zu speichern.
Der Linsensteuerabschnitt 48 steuert die Linse 22, um die Fokusposition des Elektronenstrahls 12 einzustellen. Der Linsensteuerabschnitt 48 liefert über den DAC 44 einen Strom zum Steuern der Linse 22.
Der Potentialsteuerabschnitt 50 legt an den Probenhalter 26 über den DAC 44 eine gewünschte Spannung an. Der Gestellsteuerabschnitt 52 treibt das Gestell 28 an, um den Punkt auf der Oberfläche der Probe 24 einzustellen, auf den der Elektronenstrahl 12 gestrahlt wird. Der allgemeine Steuerabschnitt 54 steuert die Steuerabschnitte im Allgemeinen.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel der Funktionsweise des Probenbetrachtungsgeräts 100 zeigt. Zuerst wird in Schritt S200 die Kalibrierung der Linse durch Verwendung einer Referenzprobe ausgeführt. Die Referenzprobe, die hier verwendet wird, ist ein leitfähiges Material, auf dem ein Muster ausgebildet ist, das zum Einstellen eines optischen Systems geeignet ist und dessen Oberflächenpotential beliebig eingestellt werden kann. Die Höhe der Oberfläche der Referenzprobe ist fast gleich zu der der zu betrachtenden Oberfläche der Probe 24. Die Referenzprobe kann im Vorhinein auf den Probenhalter gelegt werden oder kann ein Teil der Probe 24 sein.
In Schritt S200 legt der Potentialsteuerabschnitt 50 die im Vorhinein eingestellte Referenzspannung an den Probenhalter 26 an. Als nächstes strahlt die Elektronenkanone 14 den Elektronenstrahl 12 auf die Oberfläche der Referenzprobe. Zu diesem Zeitpunkt veranlasst der allgemeine Steuerabschnitt 54 den Energiefilter 18 dazu, die reflektierten Elektronen über den DAC 44 auszusortieren, und veranlasst den Elektronenerfassungsabschnitt 16 dazu, die reflektierten Elektronen zu erfassen. Dann beurteilt der Fokussierungsbeurteilungsabschnitt 40 auf der Grundlage des reflektierten Elektronenbildes der reflektierten Elektronen, die vom Elektronenerfassungsabschnitt 16 erfasst werden, den Pegel des Fokus des Elektronenstrahls 12 auf der Oberfläche der Referenzprobe. Der allgemeine Steuerabschnitt 54 informiert den Linsensteuerabschnitt 48 über das Ergebnis, das vom Fokussierungsbeurteilungsabschnitt 40 beurteilt wurde, und der Linsensteuerabschnitt 48 stellt einen Steuerstrom ein, der der Linse 22 zugeführt wird, so dass der Elektronenstrahl 12 auf die Oberfläche der Referenzprobe fokussiert wird.
Als nächstes treibt der allgemeine Steuerabschnitt 54 das Gestell 28 an, um den Elektronenstrahl 12 auf de gewünschten Punkt auf der Oberfläche der zu betrachtenden Probe zu strahlen, um in Schritt S202 ein reflektiertes Elektronenbild zu erhalten. In Schritt S202 strahlt die Elektronenkanone 14 den Elektronenstrahl 12 auf die Oberfläche der Probe 24 auf die gleiche Art und Weise wie Schritt S200 und der Elektronenerfassungsabschnitt 16 erfasst die reflektierten Elektronen. Dann beurteilt der Fokussierungsbeurteilungsabschnitt 40 den Pegel des Fokus des Elektronenstrahls 12 auf der Oberfläche der Probe 24 auf der Grundlage des reflektierten Elektronenbildes. Wenn die Oberfläche der Probe 24 zu diesem Zeitpunkt das Referenzpotential aufweist, wird der Elektronenstrahl 12 auf die Oberfläche der Probe 24 fokussiert und der Abschnitt 32 zur Erfassung des Aussehens erfasst das fokussierte reflektierte Elektronenbild. Wenn die Oberfläche der Probe 24 mit Elektrizität geladen ist und ein Potential aufweist, das sich von Referenzpotential unterscheidet, wird der Elektronenstrahl 12 nicht präzise auf die Oberfläche der Probe 24 fokussiert und der Abschnitt 32 zur Erfassung des Aussehens erfasst ein unfokussiertes reflektiertes Elektronenbild. Auf der Grundlage des erhaltenen reflektierten Elektronenbildes beurteilt der Fokussierungsbeurteilungsabschnitt 40 den Pegel des Fokus des Elektronenstrahls 12, der entsprechend dem Betrag der elektrischen Ladung auf der Oberfläche der Probe 24.
Als nächstes stellt der Potentialsteuerabschnitt 50 in Schritt S204 auf der Grundlage des erfassten reflektierten Elektronenbildes die Spannung ein, die an den Probenhalter 26 angelegt werden soll. Dadurch steuert der Potentialsteuerabschnitt 50 das elektrische Potential der Rückseite der Probe 24, um das Potential der Oberfläche der Probe 24 auf das Referenzpotential einzustellen. Beispielsweise erfasst das Probenbetrachtungsgerät 100 das reflektierte Elektronenbild, während die an den Probenhalter 26 anzulegende Spannung geändert wird, und stellt die an den Probenhalter 26 anzulegende Spannung ein, so dass das reflektierte Elektronenbild fokussiert wird. Wenn das reflektierte Elektronenbild beispielsweise unfokussiert ist, informiert der Fokussierungsbeurteilungsabschnitt 40 darüber den Potentialsteuerabschnitt 50 über den allgemeinen Steuerabschnitt 54. Der Potentialsteuerabschnitt 50 verändert die an den Probenhalter 26 anzulegende Spannung entsprechend dem beurteilten Ergebnis des Fokussierungsbeurteilungsabschnitts 40, um den Elektronenstrahl 12 auf die Oberfläche der Probe 24 zu fokussieren. Zu diesem Zeitpunkt speichert der Potentialsteuerabschnitt 50 in Schritt S208 den eingestellten Spannungswert und nutzt den gespeicherten Spannungswert beim Erfassen des Sekundärelektronenbildes.
In den Schritten S202 und S204 stellt der Potentialsteuerabschnitt 50 die an den Probenhalter 26 anzulegende Spannung auf der Grundlage des reflektierten Elektronenbildes pro Punkt auf der Oberfläche der Probe 24 ein, auf den der Elektronenstrahl 12 gestrahlt wird. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Potentialsteuerabschnitt 50 einen Speicher zum Speichern des Punktes auf der Oberfläche der Probe 24 auf, auf den der Elektronenstrahl 12 entsprechend der eingestellten Spannung gestrahlt wird.
Als nächstes wird in Schritt S206 beurteilt, ob die an den Probenhalter 26 anzulegende Spannung für alle zu betrachtende Punkte auf der Oberfläche der Probe 24 eingestellt worden ist, und wenn es einen Beobachtungspunkt gibt, für den die Spannung bis jetzt noch nicht eingestellt ist, treibt der Gestellsteuerabschnitt 52 das Gestell 28 so an, dass der Elektronenstrahl 12 auf diesen Beobachtungspunkt gestrahlt wird und wiederholt die Operationen der Schritte S202 bis S204. Wenn die an den Probenhalter 26 anzulegende Spannung für alle Beobachtungspunkte eingestellt worden ist, treibt der Gestellsteuerabschnitt 52 das Gestell 28 der Reihe nach so an, dass der Elektronenstrahl 12 auf den jeweiligen Beobachtungspunkt gestrahlt wird, und der Potentialsteuerabschnitt 50 legt in Schritt S208 die Spannung mit dem Wert, der für die jeweiligen Beobachtungspunkte eingestellt wurde, der Reihe nach an den Probenhalter 26 an, um das Sekundärelektronenbild zu erhalten.
Das Steuersystem 30 veranlasst den Elektronenstrahl 12 auch in Schritt 208 auf die gleiche Art und Weise wie in Schritt S202 dazu, auf den gewünschten Punkt auf der Oberfläche der Probe 24 gestrahlt zu werden. Zu diesem Zeitpunkt legt der Potentialsteuerabschnitt 50 die Spannung entsprechend dem Punkt auf der Oberfläche der Probe 24, auf den der Elektronenstrahl 12 der Reihe nach gestrahlt wird, der Reihe nach an den Probenhalter 26 an. Der Energiefilter 18 führt die Sekundärelektronen dem Elektronenerfassungsabschnitt 16 in dem Zustand zu, bei dem die Spannung, die durch den Potentialsteuerabschnitt 50 eingestellt wird, dem Probenhalter 26 angelegt wird und der Elektronenstrahl 12 auf die Oberfläche der Probe 24 fokussiert wird. Auf der Grundlage der Sekundärelektronen, die vom Elektronenerfassungsabschnitt 16 erfasst werden, erfasst der Abschnitt 32 zur Erfassung des Aussehens ein Sekundärelektronenbild, das das Aussehen der Oberfläche der Probe 24 zeigt und gibt es auf de Monitor 42 wider.
Das Probenbetrachtungsgerät 100, das oben beschrieben wurde, ist in der Lage, das elektrische Potential der Oberfläche der Probe 24 auf das Referenzpotential einzustellen, das in Vorhinein durch Anlegen der Spannung, entsprechend dem Betrag der elektrischen Ladung der Oberfläche der Probe 24, an den Probenhalter 26 festgesetzt wurde, um die Spannung an die Probe 24 anzulegen. Dadurch wird der Elektronenstrahl 12 präzise auf die Oberfläche der Probe 24 fokussiert, was es ermöglicht, das Aussehen der Oberfläche der Probe 24 mit Präzision zu betrachten. Noch weiter hindert das Einstellen des elektrischen Potentials der Oberfläche der Probe 24 auf das Referenzpotential die Sekundärelektronen daran, von der elektrischen Ladung der Probe 24 angezogen zu werden, und ermöglicht es dem Elektronenerfassungsabschnitt 16, die Sekundärelektronen mit Präzision zu erfassen. Demgemäß kann der Abschnitt 32 zur Erfassung des Aussehens das Aussehen der Oberfläche der Probe 24 mit Präzision erfassen.
Noch mehr, weil das Probenbetrachtungsgerät 100 in der Lage ist, die Spannung entsprechend dem Betrag der elektrischen Ladung eines jeden Beobachtungspunktes der Probe 24 anzulegen, ermöglicht es, dass das elektrische Potential aller Beobachtungspunkte der Probe 24 auf das Referenzpotential einzustellen, und das Aussehen der Oberfläche der Probe 24 zu erfassen. Auch wenn die Probe 24 eine Flache besitzt, die einen verschiedenen Betrag der Ladung auf dessen Oberfläche aufweist, ermöglicht es das Probenbetrachtungsgerät 100, dass die Oberfläche der Probe 24 mit Präzision betrachtet werden kann.
Weil das Probenbetrachtungsgerät 100 den Betrag der elektrischen Ladung auf der Oberfläche der Probe 24 durch Verwendung der reflektierten Elektronen beurteilt, ist es darüber hinaus in der Lage, den Betrag der Ladung auf der Oberfläche der Probe 24 mit Präzision zu beurteilen. Das heißt, wenn die Oberfläche der Probe 24 mit positiver elektrischer Ladung geladen ist, werden Sekundärelektronen von der Oberfläche der Probe 24 angezogen und kaum vom Elektronenerfassungsabschnitt 16 erfasst. Demgemäß ist es schwierig, den Pegel des Fokus durch das Sekundärelektronenbild zu beurteilen. Der Elektronenerfassungsabschnitt 16 kann jedoch die reflektierten Elektronen erfassen und der Pegel des Fokus des reflektierten Elektronenbildes kann präzise beurteilt werden, auch wenn die Oberfläche der Probe 24 mit der positiven elektrischen Ladung geladen ist.
Noch mehr kann das Aussehen der Oberfläche der Probe 24 unter Verwendung des Sekundärelektronenbildes betrachtet werden, dessen räumliche Auflösung größer ist als die des reflektierten Elektronenbildes, durch Umschalten der Elektronen, die durch die Elektronenerfassungsabschnitt 16 erfasst werden, zu den Sekundärelektronen.
3 zeigt eine exemplarische Konfiguration des Energiefilters 18. Der Energiefilter 18 weist eine Steuerelektrode 56 und eine Gitterelektrode 58 auf. Die Steuerelektrode 56 ist in einem Netzwerk mit Durchgangslöchern 66 zum Durchlassen der Elektronen versehen und daran wird eine Steuerspannung V_C angelegt. Die Gitterelektrode ist zwischen der Steuerelektrode 56 und der Probe 24 vorgesehen, ist in einem Netzwerk mit Durchgangslöchern 68 zum Durchlassen der Elektronen versehen und daran wird eine Gitterspannung V_G angelegt.
Wenn der Energiefilter 18 die reflektierten Elektronen 62 aussortiert, um sie dem Elektronenerfassungsabschnitt 16 zuzuführen, wird an die Gitterelektrode 58 eine negative Gitterspannung V_G angelegt, die kleiner ist als das Referenzpotential, und die Steuerspannung V_C, deren Spannung größer ist als die Gitterspannung V_G, wird der Steuerelektrode 56 zugeführt. Wenn beispielsweise die Gitterspannung V_G –50 V beträgt und die Steuerspannung V_C –30 V beträgt, verliert das Sekundärelektron 64, das eine niedrige Energie von weniger als 50 eV besitzt, aus den Elektronen, die erzeugt werden, wenn der Elektronenstrahl 12 auf die Probe gestrahlt wird, seine Energie, bevor es die Gitterelektrode 58 erreicht und ist nicht in der Lage, über die Gitterelektrode 58 hinauszukommen. Dann läuft nur das reflektierte Elektron 62, das eine hohe Energie von 50 eV oder mehr aufweist, durch die Gitterelektrode 58. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Gitterspannung V_G, die veranlasst, dass nur das reflektierte Elektron 62 durch die Gitterelektrode 58 hindurch tritt, an die Gitterelektrode 58 angelegt.
Das reflektierte Elektron 62 mit der hohen Energie, das durch die Gitterelektrode 58 hindurch getreten ist, prallt gegen die Steuerelektrode 56. Dadurch emittiert die Steuerelektrode Elektronen und der Elektronenerfassungsabschnitt 16 erfasst diese Elektronen. Vorzugsweise weist der Elektronenerfassungsabschnitt 16 Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Feldes auf, zum Einführen der Elektronen, die durch die Gitterelektrode 58 hindurch getreten sind.
Wenn der Energiefilter 18 die Sekundärelektronen aussortiert und dem Elektronenerfassungsabschnitt 16 zuführt, wird die positive Gitterspannung V_G, die größer ist als das Referenzpotential, an die Gitterelektrode 58 angelegt und die Steuerspannung V_C, die höher ist als die Gitterspannung V_G, wird an die Steuerelektrode 56 angelegt. Beispielsweise wird +30 V als die Gitterspannung V_G an die Gitterelektrode 58 angelegt und +50 V wird als die Steuerspannung V_C an die Steuerelektrode 56 angelegt.
In diesem Fall treten das reflektierte Elektron 62 und das Sekundärelektron 64 durch die Gitterelektrode 58 und der Elektronenerfassungsabschnitt 16 erfasst das reflektierte Elektron 62 und das Sekundärelektron. Weil die Menge der reflektierten Elektronen 62 sehr klein ist im Vergleich zu einer Menge der Sekundärelektronen 64, ist die Menge der Elektronen, die vom Elektronenerfassungsabschnitt erfasst wird, im Wesentlichen gleich der Menge der Sekundärelektronen 64. Über einen solchen Aufbau und eine solche Steuerung sortiert der Energiefilter 18 das reflektierte Elektron 62 und das Sekundärelektron 64 aus und veranlasst den Elektronenerfassungsabschnitt 16, sie zu erfassen.
Die 4A und 4B sind Graphen zum Erläutern eines Beispiels des Verfahrens zum Beurteilen von Pegeln des Fokus im Fokussierungsbeurteilungsabschnitt. 4a zeigt die Helligkeit von Bildpunkten eines reflektierten Elektronenbildes, das durch den Abschnitt 32 zur Erfassung des Aussehens erhalten wird, wenn der Elektronenstrahl 12 auf der Oberfläche der Probe 24 aus dem Fokus ist und 4B zeigt die Helligkeit von Bildpunkten eines reflektierten Elektronenbildes, das durch den Abschnitt 32 zur Erfassung des Aussehens erhalten wird, wenn der Elektronenstrahl 12 auf der Oberfläche der Probe 24 im Fokus ist. Die horizontale Achse repräsentiert jeweilige Bildpunkte, die in der horizontalen oder vertikalen Richtung angeordnet sind, und die vertikale Achse repräsentiert die Helligkeit eines jeden Bildpunkts.
Wenn sich der Elektronenstrahl im Fokus befindet, ändert sich die Helligkeit in einem Bereich der Flanke eines reflektierten Elektronenbildes scharf, wie es in 4B gezeigt ist. Wenn sich der Elektronenstrahl 12 außerhalb des Fokus befindet, wird das reflektierte Elektronenbild unscharf gesehen, so dass die Änderung der Helligkeit im Bereich der Flanke des reflektierten Elektronenbildes moderat ist, wie es in 4A gezeigt ist, im Vergleich zu dem Fall, wenn sich der Elektronenstrahl im Fokus befindet.
Das heißt, der Fokussierungsbeurteilungsabschnitt 40 kann die Pegel des Fokus des Elektronenstrahls 12 auf der Grundlage der Veränderungen der Helligkeit zwischen den Bildpunkten des reflektierten Elektronenbildes beurteilen, das durch den Abschnitt 32 zur Erfassung des Aussehens auf der Grundlage der reflektierten Elektronen erhalten wurde. Beispielsweise beurteilt es den Pegel des Fokus des Elektronenstrahls 12 durch Berechnung eines Differentialwertes der Helligkeit des reflektierten Elektronenbildes. Solch ein Verfahren ermöglicht es, den Pegel des Fokus des Elektronenstrahls 12 leicht zu beurteilen.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie es aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, ermöglicht die Erfindung, dass der präzis auf die Oberfläche der Probe zu fokussierende Elektronenstrahl erfasst werden kann und verhindert, dass die Sekundärelektronen von der elektrischen Ladung der Probe 24 angezogen werden. Demgemäß ermöglicht es die Erfindung jemanden, das Aussehen der Oberfläche der Probe mit Präzision zu betrachten.
Obwohl die Erfindung anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels beschrieben worden ist, sollte es sich von selbst verstehen, dass der Fachmann irgendwelche viele Veränderung und Substitutionen vornehmen könnte, ohne von der Wesensart und dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist aus der Definition der beigefügten Ansprüche offensichtlich, dass die Ausführungsbeispiele mit solchen Modifikationen auch dem Umfang der Erfindung angehören.
Zusammenfassung:
Es wird ein Probenbetrachtungsgerät zum Betrachten der Oberfläche einer Probe durch Strahlen eines Elektronenstrahls darauf bereitgestellt, das eine Elektronenkanone zum Strahlen des Elektronenstrahls auf die Oberfläche der Probe aufweist, ferner einen Potentialsteuerabschnitt zum Einstellen des elektrischen Potentials der Oberfläche der Probe auf ein Potential, das im Vorhinein festgesetzt wurde, durch Anlegen einer Spannung an die Probe, auf der Grundlage der Menge der elektrischen Ladung auf der Oberfläche der Probe, einen Elektronenerfassungsabschnitt zum Erfassen von Elektronen, die erzeugt werden, wenn der Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Probe gestrahlt wird, und einen Abschnitt zum Erfassen des Aussehens zum Erfassen des Aussehens der Oberfläche der Probe pro jedem Punkt auf der Oberfläche auf der Grundlage der Elektronen, die durch den Elektronenerfassungsabschnitt erfasst werden.

Claims

Probenbetrachtungsgerät zum Betrachten der Oberfläche einer Probe durch Strahlen eines Elektronenstrahls, umfassend: eine Elektronenkanone zum Strahlen des Elektronenstrahls auf die Oberfläche der Probe; einen Potentialsteuerabschnitt zum Einstellen des elektrischen Potentials der Oberfläche der Probe auf ein Potential, das im Vorhinein festgesetzt wurde, durch Anlegen einer Spannung an die Probe, auf der Grundlage der Menge der elektrischen Ladung auf der Oberfläche der Probe; einen Elektronenerfassungsabschnitt zum Erfassen von Elektronen, die erzeugt werden, wenn der Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Probe gestrahlt wird; und einen Abschnitt zum Erfassen des Aussehens zum Erfassen des Aussehens der Oberfläche der Probe pro jedem Punkt auf der Oberfläche auf der Grundlage der Elektronen, die durch den Elektronenerfassungsabschnitt erfasst werden.
Probenbetrachtungsgerät nach Anspruch 1, das darüber hinaus einen Probenhalter zum Befestigen der Probe umfasst, wobei der Potentialsteuerabschnitt die Spannung entsprechend einer Menge der elektrischen Ladung auf der Oberfläche der Probe durch ihr Anlegen an den Probenhalter an die Probe anlegt, um das elektrische Potential auf der Oberfläche der Probe auf das im Vorhinein festgesetzte Potential einzustellen.
Probenbetrachtungsgerät nach Anspruch 2, das darüber hinaus umfasst: ein Gestell zum Befestigen des Probenhalters; und einen Gestellsteuerabschnitt zum Antreiben des Gestells zum Steuern des Punktes auf der Oberfläche der Probe, auf den der Elektronenstrahl gestrahlt werden soll, wobei der Potentialsteuerabschnitt die Spannung steuert, die an den Probenhalter angelegt wird, pro jedem Punkt auf der Oberfläche der Probe, auf den der Elektronenstrahl gestrahlt wird, entsprechend der Menge der elektrischen Ladung pro jedem Punkt auf der Oberfläche der Probe, um das potential an jedem Punkt auf der Oberfläche der Probe auf das im Vorhinein festgesetzte Potential einzustellen.
Probenbetrachtungsgerät nach Anspruch 3, wobei der Potentialsteuerabschnitt einen Speicher zum Speichern des Punkts auf der Oberfläche der Probe entsprechend mit der an den Probenhalter angelegten Spannung aufweist.
Probenbetrachtungsgerät nach Anspruch 1, das darüber hinaus umfasst: einen Energiefilter zum sequentiellen Aussortieren reflektierter Elektronen, die eine Energie aufweisen, die höher ist als ein festgelegter Wert, und von Sekundärelektronen, die eine Energie aufweisen, die kleiner ist als die der reflektierten Elektronen, aus Elektronen, die erzeugt werden, wenn der Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Probe gestrahlt wird, und zum Zuführen dieser zum Elektronenerfassungsabschnitt; und einen Fokussierungsbeurteilungsabschnitt zum Beurteilen der Pegel des Fokus des Elektronenstrahls, der entsprechend der Menge der elektrischen Ladung auf der Oberfläche der Probe variiert, auf der Grundlage der reflektierten Elektronen, die durch den Elektronenerfassungsabschnitt erfasst werden, wobei der Potentialsteuerabschnitt die Spannung einstellt, die an den Probenhalter angelegt werden soll, auf der Grundlage des beurteilten Ergebnisses des Fokussierungsbeurteilungsabschnitts, um den Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Probe zu fokussieren.
Probenbetrachtungsgerät nach Anspruch 5, wobei der Energiefilter die Sekundärelektronen an den Elektronenerfassungsabschnitt zuführt, in einem Zustand, wenn der Elektronenstrahl durch den Potentialsteuerabschnitt auf die Oberfläche der Probe fokussiert wird, und der Abschnitt zum Erfassen des Aussehens das Aussehen der Oberfläche der Probe auf der Grundlage der Sekundärelektronen erfasst, die durch den Elektronenerfassungsabschnitt erfasst werden.
Probenbetrachtungsgerät nach Anspruch 5, wobei der Fokussierungsbeurteilungsabschnitt die Pegel des Fokus auf der Grundlage des Aussehens der Oberfläche der Probe beurteilt, das durch den Abschnitt zum Erfassen des Aussehens auf der Grundlage der reflektierten Elektronen erhalten wurde.
Probenbetrachtungsgerät nach Anspruch 7, wobei der Abschnitt zum Erfassen des Aussehens ein Bild der Gestalt der Oberfläche der Probe auf der Grundlage der Elektronen erhält, die durch den Elektronenerfassungsabschnitt erfasst werden, und der Fokussierungsbeurteilungsabschnitt den Pegel des Fokus auf der Grundlage der Variation der Helligkeit von Bildpunkten des Bildes beurteilt, das durch den Abschnitt zum Erfassen des Aussehens auf der Grundlage der reflektierten Elektronen erhalten wird.
Probenbetrachtungsverfahren zum Betrachten der Oberfläche einer Probe durch Strahlen eines Elektronenstrahls, umfassend: einen ersten Bestrahlungsschritt des Strahlens des Elektronenstrahls auf die Oberfläche der Probe; einen Potentialsteuerschritt des Einstellens des elektrischen Potentials der Oberfläche der Probe auf das im Vorhinein festgesetzte Potential, durch Anlegen einer Spannung, die auf der Grundlage der elektrischen Ladung auf der Oberfläche der Probe bestimmt wurde, an die Probe; einen Elektronenerfassungsschritt des Erfassens von Elektronen, die erzeugt werden, wenn der Elektronenstrahl auf die Oberfläche der Probe gestrahlt wird; und einen Aussehenserfassungsschritt des Erfassens eines Aussehens der Oberfläche der Probe auf der Grundlage der Elektronen, die im Elektronenerfassungsschritt erfasst werden.