DE112014004151T5

DE112014004151T5 - Verfahren zur Korrektur der Neigung eines Strahls geladener Teilchen und mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung

Info

Publication number: DE112014004151T5
Application number: DE112014004151.3T
Authority: DE
Inventors: Yuzuru MIZUHARA; Hideyuki Kazumi
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2013-10-03
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2034-10-03
Also published as: US20160217969A1; JP2017010608A; US10229811B2; WO2015050201A1; DE112014004151B4

Abstract

Bei einer herkömmlichen Einstellung der optischen Achse fällt ein Strahl geladener Teilchen nicht senkrecht auf eine Probe ein, wodurch die Messungen eines beobachteten Musters beeinflusst werden. Eine sehr genaue Messung und eine sehr genaue Korrektur des Neigungswinkels eines Mikroskops sind schwierig. Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung, während ein Strahl geladener Teilchen auf eine Probe eingestrahlt wird, eine Korrektur der Neigung des auf die Probe gerichteten Strahls geladener Teilchen auf der Grundlage von Informationen zum Sekundärelektronen-Abtastbild von einer Reflektorplatte (5) ausgeführt. Anhand der Informationen des Sekundärelektronen-Abtastbilds wird der Abweichungsvektor für Ablenker (6, 7) für den Strahl geladener Teilchen eingestellt, so dass der Strahl geladener Teilchen senkrecht auf die Probe einfällt. Es sind wenigstens zwei Stufen von Ablenkern (6, 7) für den Strahl geladener Teilchen vorgesehen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung und ist beispielsweise auf eine mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung zum Korrigieren der Neigung eines Strahls geladener Teilchen anwendbar.
Technischer Hintergrund
In Zusammenhang mit der Weiterentwicklung neuerer Halbleitervorrichtungen werden Halbleitermess- und -inspektionstechniken immer wichtiger. Ein Rasterelektronenmikroskop, das durch ein Rasterelektronenmikroskop für kritische Abmessungen (”Critical Dimension-Scanning Electron Microscope” – CD-SEM) repräsentiert ist, ist eine Vorrichtung zum Betrachten eines Musters, das auf einer Halbleitervorrichtung gebildet wird, indem eine Probe durch einen Elektronenstrahl abgetastet wird und dann von der Probe emittierte Sekundärelektronen detektiert werden. Um eine sehr genaue Messung und Inspektion an einer solchen Vorrichtung auszuführen, müssen die Vorrichtungsbedingungen geeignet eingestellt werden.
Beispielsweise wurde in JP 2000-331911 A (PTL 1), JP 2008-084823 A (PTL 2) und JP 2011-054426 A (PTL 3) die Einstellung der optischen Achse eines Elektronenmikroskops als ein Verfahren zur Einstellung der optischen Achse unter Verwendung eines Ablenkers und ein Wobbelverfahren offenbart. Der Ablenker lenkt einen von einer Elektronenquelle emittierten Elektronenstrahl ab. Beim Wobbelverfahren wird der Erregungsstrom einer Objektivlinse periodisch geändert.
Zitatliste
Patentdokumente

PTL 1: JP 2000-331911 A
PTL 2: JP 2008-084823 A
PTL 3: JP 2011-054426 A

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
In der letzten Zeit nehmen tiefe Rillen und tiefe Löcher aufweisende Vorrichtungsmuster erheblich zu, wodurch die Betrachtung der Muster mit einem Rasterelektronenmikroskop sehr schwierig wird. Bei der Betrachtung mit einem Rasterelektronenmikroskop kann ein geneigter Einfall eines Elektronenstrahls auf eine Probenoberfläche bewirken, dass ein Muster ungleichmäßig beobachtet wird. Bei einem kleinen Aspektverhältnis würde ein geneigter Einfall des Elektronenstrahls auf ein Muster keinen großen Einfluss haben. Bei tiefe Rillen und tiefe Löcher mit einige zehn betragenden Aspektverhältnissen aufweisenden Muster, wie sie in den letzten Jahren bei NAND-Flash-Speichern und Kontaktlöchern aufgetreten sind, bewirkt ein geneigter Einfall des Elektronenstrahls eine Ungleichmäßigkeit bei der Betrachtung des Musters, was dazu führt, dass hochgenaue Messungen nicht möglich sind.
Die in PTL 1, PTL 2 und PTL 3 beschriebenen Techniken dienen der automatischen Einstellung der optischen Achse des Elektronenstrahls, um einen Zustand zu erreichen, in dem sich ein betrachtetes Muster nicht bewegt, wenn die Objektivlinse gewobbelt wird. Jedes der Dokumente beschreibt eine Technik zum Ermöglichen, dass der Elektronenstrahl durch das Zentrum einer in das Elektronenmikroskop aufgenommenen Elektronenlinse hindurchtritt.
Weil bei einer tatsächlichen Vorrichtung jedoch unvermeidlich mechanische Toleranzen vorhanden sind, sind mehrere Elektronenlinsen nicht konzentrisch angeordnet. Bei einem solchen Zustand der Vorrichtung fällt der Elektronenstrahl selbst dann mit einer Neigung auf die Objektivlinse, wenn er durch das Zentrum der unmittelbar oberhalb der Probe angeordneten Objektivlinse hindurchtritt. Demgemäß fällt der Elektronenstrahl selbst an einer Stelle, an der er die Probe erreicht, nicht senkrecht auf die Probe. Bei einem Vorrichtungsmuster mit einem Aspektverhältnis von einigen zehn, wie vorstehend beschrieben wurde, kann es einen nicht vernachlässigbaren Einfluss auf die Messung haben, wenn der Elektronenstrahl einen Neigungswinkel von etwa 0,1° aufweist. Angesichts des vorstehend Erwähnten muss bei der Betrachtung in den letzten Jahren aufgetretener Muster mit tiefen Rillen und tiefen Löchern erreicht werden, dass die optische Achse eines Elektronenstrahls durch das Zentrum der Objektivlinse hindurchtritt und senkrecht auf die Probe fällt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, ein Verfahren zum Korrigieren des Neigungswinkels des Strahls geladener Teilchen eines Mikroskops zu korrigieren.
Andere Aufgaben und neuartige Merkmale werden anhand der Beschreibung und der anliegenden Zeichnung der vorliegenden Offenbarung verständlich werden.
Lösung des Problems
Typische Techniken der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend kurz beschrieben.
Bei einem Verfahren zur Korrektur der Neigung eines Strahls geladener Teilchen erfolgt die Korrektur der Neigung des Strahls geladener Teilchen auf der Grundlage auf einer Reflektorplatte erhaltener Informationen in Bezug auf ein Abtastbild, das durch von einer Probe emittierte geladene Teilchen erhalten wird. Die Reflektorplatte befindet sich zwischen einer Quelle geladener Teilchen und einer Objektivlinse zum Fokussieren des Strahls geladener Teilchen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Korrektur der Neigung eines Strahls geladener Teilchen kann der Neigungswinkel des Strahls geladener Teilchen eines Mikroskops korrigiert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 eine Konfiguration eines Rasterelektronenmikroskops,
2 einen geneigten Enfall eines Primärelektronenstrahls auf eine Probe,
die 3(a) und 3(b) Diagramme dimensioneller Messwerte, wobei 3(a) einen Fall zeigt, in dem der Primärelektronenstrahl nicht geneigt ist, und 3(b) einen Fall zeigt, in dem der Primärelektronenstrahl geneigt ist,
4 eine Änderung der Bahnkurve von Sekundärelektronen durch eine Objektivlinse,
5 ein durch ein Sekundärelektronen-Abtastbild gebildetes Schwarzpunktbild,
6 eine Abweichung des schwarzen Punkts infolge der Neigung des Primärelektronenstrahls,
7 eine Änderung der Neigung des Primärelektronenstrahls durch einen zweistufigen Ablenker,
8 eine Sequenz zum Korrigieren der Neigung des Primärelektronenstrahls,
9 die Korrektur der Neigung des Primärelektronenstrahls durch Messen des Abweichungsbetrags eines schwarzen Punkts,
10 eine Parallelitätseinstellung zwischen einer Objektivlinse und einer Probe und
die 11(a) und 11(b) eine Musterabschattung infolge der Neigung des Primärelektronenstrahls.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend werden Ausführungsformen und Beispiele mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Es sei bemerkt, dass in der nachstehenden Beschreibung gleiche Komponenten mit gleichen Zeichen versehen werden und dass auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird. Nachfolgend wird als Beispiel ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) beschrieben, das eine Probe mit einem Elektronenstrahl abtastet. Die Technik ist nicht darauf beschränkt, sondern beispielsweise auf andere mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtungen einschließlich einer mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB) arbeitenden Vorrichtung anwendbar. Die vorliegende Ausführungsform beschreibt lediglich ein als Beispiel dienendes Rasterelektronenmikroskop. Die vorliegende Technik ist auf ein Rasterelektronenmikroskop mit einer von der vorliegenden Ausführungsform verschiedenen Konfiguration anwendbar.
<Ausführungsform>
1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Rasterelektronenmikroskops zeigt. 1 zeigt einen Vorrichtungszustand, in dem eine Abweichung von der mechanischen Achse auftritt, um ein Konzept für die Korrektur der Neigung des Elektronenstrahls aufzuzeigen.
Bei einem Rasterelektronenmikroskop 101 wird zwischen einer Feldemissionskathode 1 und einer Extraktionselektrode 2 durch eine Spannungsversorgung V1 ein elektrisches Extraktionsfeld gebildet und wird ein Primärelektronenstrahl 3 extrahiert. Die Spannungsversorgung V1 wird durch eine erste Hochspannungs-Steuerschaltung 41 gesteuert.
Der auf diese Weise extrahierte Primärelektronenstrahl (Strahl geladener Teilchen) 3 wird durch eine von einer Spannungsversorgung V2 an eine Beschleunigungselektrode 4 angelegte Spannung beschleunigt und wird durch eine Sammellinse 5 fokussiert und durch einen oberen Abtastablenker (ersten Ablenker) 6 und einen unteren Abtastablenker (zweiten Ablenker) 7 abgelenkt. Zwischen der Beschleunigungselektrode 4 und der Sammellinse 5 ist eine Objektivblende 8 zum Steuern der Intensität und des Öffnungswinkels des Primärelektronenstrahls 3 angeordnet. Die Ablenkintensität des oberen Abtastablenkers 6 und des unteren Abtastablenkers 7 wird eingestellt, um eine zweidimensionale Abtastung einer Probe 11, die auf einem Halter 10 angeordnet ist, mit dem Zentrum einer Objektivlinse 9 als Gelenkpunkt auszuführen. Die Spannungsversorgung V2 wird durch die erste Hochspannungs-Steuerschaltung 41 gesteuert. Die Sammellinse 5 wird durch eine Sammellinsen-Steuerschaltung 42 gesteuert. Der obere Abtastablenker 6 und der untere Abtastablenker 7 werden durch eine erste Ablenksteuerschaltung 45 gesteuert. Der Halter 10 wird durch eine Probenfeinbewegungs-Steuerschaltung 48 gesteuert.
Der durch den oberen Abtastablenker 6 und den unteren Abtastablenker 7 abgelenkte Primärelektronenstrahl 3 wird an einer späteren Stufe in einem Beschleunigungszylinder 12, der an einem Durchgang in der Objektivlinse 9 bereitgestellt ist, weiter durch eine Beschleunigungsspannung beschleunigt. Der in der späteren Stufe beschleunigte Primärelektronenstrahl 3 wird durch die Linsenwirkung der Objektivlinse 9 scharf fokussiert. Ein röhrenförmiger Zylinder 13 ist geerdet und bildet zwischen dem röhrenförmigen Zylinder 13 und dem Beschleunigungszylinder 12, woran durch eine Spannungsversorgung V3 eine Spannung angelegt ist, ein elektrisches Feld, das den Primärelektronenstrahl 3 beschleunigt. Die Objektivlinse 9 wird durch eine Objektivlinsen-Steuerschaltung 46 gesteuert. Die Spannungsversorgung V3 wird durch eine zweite Hochspannungs-Steuerschaltung 47 gesteuert.
Elektronen in der Art von Sekundärelektronen oder rückgestreuten Elektronen, die von einer Probe emittiert werden, werden durch eine negative Spannung (Verzögerungsspannung), die durch eine Spannungsversorgung V4 an die Probe angelegt wird, und ein zwischen dem röhrenförmigen Zylinder 13 und dem Beschleunigungszylinder 12 gebildetes elektrisches Feld in einer zur Richtung des emittierten Primärelektronenstrahls 3 entgegengesetzten Richtung beschleunigt. Die Sekundärelektronen 14 kollidieren mit einer Reflektorplatte 15 und werden in Tertiärelektronen (geladene Teilchen) 16 umgewandelt, die zu einem Detektor 17 geleitet werden, um ein SEM-Bild zu bilden. Die Reflektorplatte 15 weist ein Loch auf, durch das der Primärelektronenstrahl 3 hindurchtritt, und sie ist zwischen der Sammellinse 5 und der Objektivlinse 9 angeordnet. Die Spannungsversorgung V4 wird durch eine dritte Hochspannungs-Steuerschaltung 49 gesteuert. Die am Detektor 17 detektierten Tertiärelektronen 16 werden durch eine Signalsteuerschaltung zu einer Steuervorrichtung 50 übertragen.
Zwischen der Sammellinse 5 und der Reflektorplatte 15 sind ein oberer Ablenker 18 und ein unterer Ablenker 19 zum Ablenken des Primärelektronenstrahls 3 angeordnet. Diese Ablenker weisen durch ein Magnetfeld und/oder ein elektrisches Feld eine ablenkende Wirkung auf. Die Ablenkintensität des oberen Ablenkers 18 und des unteren Ablenkers 19 wird so eingestellt, dass der Primärelektronenstrahl 3 durch das Zentrum der Objektivlinse 9 hindurchtritt und auf die Probe 11 gerichtet wird. Der obere Ablenker 18 und der untere Ablenker 19 werden durch eine zweite Ablenksteuerschaltung 43 eingestellt.
Die am Detektor 17 detektierten Elektronen werden durch einen Verstärker 44 verstärkt und synchron mit einem dem oberen Abtastablenker 6 und dem unteren Abtastablenker 7 zugeführten Abtastsignal auf einer Bildanzeigevorrichtung 51 angezeigt. Ein erhaltenes Bild wird in einem Frame-Speicher 502 gespeichert. Es kann dafür gesorgt werden, dass der jeder der Komponenten des in 1 dargestellten Rasterelektronenmikroskops zugeführte Strom oder die an jede dieser Komponenten angelegte Spannung durch die getrennt vom Hauptkörper 54 des Rasterelektronenmikroskops bereitgestellte Steuervorrichtung 50 gesteuert wird. Insbesondere legt die Steuervorrichtung 50 einen Strom oder eine Spannung durch die erste Hochspannungs-Steuerschaltung 41, die Sammellinsen-Steuerschaltung 42, die zweite Ablenksteuerschaltung 43, die erste Ablenksteuerschaltung 45, die Objektivlinsen-Steuerschaltung 46, die zweite Hochspannungs-Steuerschaltung 47, die dritte Hochspannungs-Steuerschaltung 49 und die Probenfeinbewegungs-Steuerschaltung 48 an jede der Komponenten des Rasterelektronenmikroskops an. Die Steuervorrichtung 50 weist eine CPU 501, den Frame-Speicher 502 und eine Speichervorrichtung 503 für das Speichern von Programmen und Daten auf. Programme und Daten werden durch eine Eingabevorrichtung 52 in die Steuervorrichtung 50 eingegeben.
Als nächstes werden ein Fall, in dem der Primärelektronenstrahl mit einer Neigung auf eine Probe fällt, und ein dadurch hervorgerufenes Problem mit Bezug auf die 2, 3(a) und 3(b) beschrieben.
2 ist ein Diagramm, das einen geneigten Einfall des Primärelektronenstrahls auf die Probe zeigt. Die 3(a) und 3(b) sind Diagramme, die dimensionelle Messwerte zeigen. 3(a) zeigt einen Fall, in dem der Primärelektronenstrahl nicht geneigt ist. 3(b) zeigt einen Fall, in dem der Primärelektronenstrahl geneigt ist.
Bei einer gewöhnlichen Einstellung der optischen Achse wird gewobbelt, wobei der Erregungsstrom einer Elektronenlinse in der Art der Sammellinse 5 und der Objektivlinse 9 periodisch geändert wird, und es wird dann eine Einstellung ausgeführt, um einen Zustand zu erreichen, bei dem sich das Musterbild der Probe 11 während des Wobbelns nicht bewegt. Zu dieser Zeit tritt der Primärelektronenstrahl 3 durch das Zentrum jeder der Elektronenlinsen. Leider ist jedoch nicht jede der Elektronenlinsen konzentrisch angeordnet, weil bei einer tatsächlichen Vorrichtung mechanische Toleranzen unvermeidlich vorhanden sind. Demgemäß fällt der Primärelektronenstrahl 3, wie in 2 dargestellt ist, selbst dann, wenn er unmittelbar oberhalb der Probe 11 durch das Zentrum 20 der Objektivlinse hindurchtritt, mit einer Neigung auf die Probe 11. Bei dieser Konfiguration fällt der Primärelektronenstrahl 3 selbst dann, wenn er durch das Zentrum 20 der Objektivlinse hindurchtritt, nicht auf den Schnitt zwischen der Probe 11 und der optischen Achse 55 der Objektivlinse 9.
Ein solcher geneigter Einfall des Primärelektronenstrahls 3 auf die Probe 11 würde ein Problem hervorrufen, wenn ein tiefes Rillenmuster 21 gemessen wird. Insbesondere wird, wie in 3(a) dargestellt ist, in einem Fall, in dem der Primärelektronenstrahl 3 nicht geneigt ist, die Breite eines Rillenbodens als ein dimensioneller Messwert 22 gemessen. Wenn der Primärelektronenstrahl 3 dagegen, wie in 3(b) dargestellt ist, geneigt ist, wird das Muster ungleichmäßig beobachtet, was zu einem Beobachtungsergebnis mit einem dimensionellen Messwert 23 führt. Dies bedeutet, dass der erhaltene dimensionelle Messwert die reale Breite des Rillenbodens nicht widerspiegelt.
Wenn der Primärelektronenstrahl 3 nicht geneigt ist und durch das Zentrum 20 der Objektivlinse hindurchtritt, erreicht er eine Position auf der optischen Achse, und die Emissionsposition der Sekundärelektronen 14 liegt demgemäß auf der optischen Achse. Dagegen ist der Primärelektronenstrahl 3 in einem Fall, in dem er durch das Zentrum 20 der Objektivlinse hindurchtritt und an einer Position außerhalb der optischen Achse 55 ankommt, in Bezug auf die Probe 11 geneigt. Hierdurch würden die Sekundärelektronen 14 von einer Position 56 außerhalb der optischen Achse 55 emittiert werden, so dass es eine Korrelation zwischen dem Neigungswinkel des Primärelektronenstrahls 3 und der Emissionsposition der Sekundärelektronen 14 gibt.
Nachstehend werden ein Verfahren zum Korrigieren der Neigung des Primärelektronenstrahls 3 in Bezug auf die Probe 11 und eine Vorrichtung zum Erreichen der Korrektur mit Bezug auf die 4 bis 6 beschrieben.
4 ist ein Diagramm, das eine Änderung einer Sekundärelektronenbahn durch die Objektivlinse zeigt. 5 ist ein Diagramm, das ein durch ein Sekundärelektronen-Abtastbild erzeugtes Schwarzpunktbild zeigt. 6 ist ein Diagramm, das eine Positionsabweichung des schwarzen Punkts infolge der Neigung des Primärelektronenstrahls zeigt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Neigungskorrektur des Primärelektronenstrahls 3 durch Überwachen der Emissionsposition der Sekundärelektronen 14 bei der Betrachtung eines Abtastbilds der Sekundärelektronen 14 auf der Reflektorplatte 15 vorgenommen. Der Grund, aus dem eine Neigungskorrektur des Primärelektronenstrahls 3 in Bezug auf die Probe beim Betrachten des Abtastbilds der Sekundärelektronen 14 vorgenommen wird, besteht darin, dass dabei eine sehr genaue Neigungswinkelkorrektur vorgenommen werden kann. Wie in 4 dargestellt ist, wären in einem Fall, in dem sich die Emissionsposition der Sekundärelektronen 14 um einen Abstand 24a auf der Probe 11 ändert, die Bahnkurven der Sekundärelektronen 14 vor/nach der Änderung infolge der Linsenwirkung der Objektivlinse 9 eine Bahnkurve 25a bzw. eine Bahnkurve 25b. Überdies würde der Abstand 24a zu einem Abstand 24b zunehmen, wenn er auf die Reflektorplatte 15 projiziert wird. Auf diese Weise kann eine sehr genaue Beobachtung der Neigung des Primärelektronenstrahls 3 vorgenommen werden.
Ähnlich dem Primärelektronenstrahl 3 unterliegen die von der Probe 11 emittierten Sekundärelektronen 14 der Abtastablenkwirkung des oberen Abtastablenkers 6 und des unteren Abtastablenkers 7. Bei der Betrachtung eines SEM-Bilds mit einer niedrigen Vergrößerung bei einem erhöhten Abtastablenkbetrag sowohl im oberen Abtastablenker 6 als auch im unteren Abtastablenker 7 erfolgt eine Weitbereichsabtastung mit den Sekundärelektronen 14 auf der Reflektorplatte 15, und es wird dadurch ein Abtastbild auf der Reflektorplatte 15 mit den Sekundärelektronen 14 auf dem Detektor 17 beobachtet, wie in 5 dargestellt ist. Ein schwarzer Punkt 26 innerhalb eines Bildschirms entspricht einer auf der Reflektorplatte 15 bereitgestellten Öffnung, die es ermöglicht, dass der Primärelektronenstrahl 3 dadurch hindurchtritt. An einem Öffnungsabschnitt ist die Luminanz gering, weil die Sekundärelektronen 14 durch die Reflektorplatte 15 hindurchtreten und demgemäß nicht detektiert werden. Mit anderen Worten weist die Reflektorplatte 15 eine Öffnung auf, die es ermöglicht, dass die Sekundärelektronen 14 dadurch hindurchtreten. Wenngleich dies in 1 nicht dargestellt ist, wird in einem Fall, in dem der Detektor 17 an einer Position angeordnet ist, die der Sammellinse 5 näher liegt als der Reflektorplatte 15, der Kontrast invertiert, wodurch bewirkt wird, dass das Abtastbild auf der Reflektorplatte 15 als Weißpunktbild beobachtet wird. Die nachfolgende Beschreibung erfolgt unter der Annahme, dass das Schwarzpunktbild erhalten wird.
Auf der optischen Achse erzeugte Sekundärelektronen 14 und an einer achsenfernen Position erzeugte Sekundärelektronen 14 haben unterschiedliche Bahnkurven. Dementsprechend ändert sich die Position eines schwarzen Punkts eines erhaltenen Schwarzpunktbilds auf der Reflektorplatte 15 in Abhängigkeit davon, ob der Primärelektronenstrahl 3 geneigt ist oder nicht. Wenn der Primärelektronenstrahl 3 nicht geneigt ist, werden die Sekundärelektronen 14 von einer Position auf der optischen Achse emittiert. Die senkrecht emittierten Sekundärelektronen 14 werden von der Objektivlinse 9 abgelenkt und bilden demgemäß einen schwarzen Punkt 27 im Zentrum eines SEM-Bilds, wie in 6 dargestellt ist. Wenn der Primärelektronenstrahl 3 dagegen geneigt ist, werden die Sekundärelektronen von einer achsenfernen Position emittiert. In diesem Fall werden die Sekundärelektronen selbst dann, wenn eine senkrechte Emission erfolgt, durch die Objektivlinse 9 abgelenkt, wie in 4 dargestellt ist, und bilden daher einen schwarzen Punkt 28 an einer vom Zentrum des SEM-Bilds abweichenden Position.
Es ist anhand des vorstehend Erwähnten verständlich, dass in einem Zustand, in dem der Primärelektronenstrahl 3 durch das Zentrum der Objektivlinse 9 hindurchtritt und nicht in Bezug auf die Probe 11 geneigt ist, sich die Position des schwarzen Punkts nicht bewegt, sondern sich nur die Größe des schwarzen Punkts ändert, wenn ein Wobbeln der Objektivlinse 9 ausgeführt wird. Demgemäß kann es zum Erreichen eines Zustands, in dem der Primärelektronenstrahl 3 nicht geneigt ist, angemessen sein, die Bahnkurve des Primärelektronenstrahls 3 unter Verwendung des oberen Ablenkers 18 und des unteren Ablenkers 19 zu ändern, während die Objektivlinse 9 während dieses Zeitraums gewobbelt wird, und an der Vorrichtung Bedingungen des oberen Ablenkers 18 und des unteren Ablenkers 19 einzustellen, welche den Betrag der Bewegung der Position des schwarzen Punkts minimieren. Das Wobbeln der Objektivlinse 9 erfolgt durch Ändern des Erregungsstroms der Objektivlinse 9. Der Ablenker zur Änderung der Bahnkurve des Primärelektronenstrahls 3 wäre zufriedenstellend, falls er wenigstens zwei Stufen des oberen Ablenkers 18 und des unteren Ablenkers 19 aufweisen würde. Alternativ kann der Ablenker drei oder mehr Stufen aufweisen.
Es sei bemerkt, dass eine Technik für das Ändern der Position des schwarzen Punkts nicht auf das Wobbeln der Objektivlinse 9 beschränkt ist. Es kann auch eine andere Technik verwendet werden, solange sie die Bahnkurve der Sekundärelektronen 14 ändern kann. Beispielsweise ist es zulässig, eine an die Probe 11 angelegte Verzögerungsspannung oder die Spannung des Beschleunigungszylinders 12 (Beschleunigungszylinderspannung) zu wobbeln.
Zusammenfassend sei bemerkt, dass gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein zweistufiger Ablenker für einen Strahl geladener Teilchen zwischen einer Quelle geladener Teilchen und einer Objektivlinse zur Fokussierung eines Strahls geladener Teilchen angeordnet wird. Der Ablenker für den Strahl geladener Teilchen lenkt einen von der Quelle geladener Teilchen emittierten Strahl geladener Teilchen ab. Ein Strom oder eine Spannung mit einer invertierten Phase wird an den zweistufigen Ablenker für den Strahl geladener Teilchen angelegt, um den Strahl geladener Teilchen zurück zu schwenken, damit er durch das Zentrum der Objektivlinse hindurchtritt. In diesem Zustand werden durch Bestrahlung mit dem Strahl geladener Teilchen von einer Probe emittierte Sekundärelektronen durch die Linsenwirkung der Objektivlinse abgelenkt, wenn sie eine zwischen der Quelle geladener Teilchen und der Objektivlinse angeordnete Reflektorplatte erreichen. Zu dieser Zeit erfolgt das Wobbeln der Objektivlinse, während der Abweichungsvektor des Strahls geladener Teilchen durch den zweistufigen Ablenker für den Strahl geladener Teilchen geändert wird und ein Sekundärelektronenabtastbild auf der Reflektorplatte beobachtet wird. Unter Bedingungen des zweistufigen Ablenkers für den Strahl geladener Teilchen, bei denen der Betrag der durch einen Objektivwobbler hervorgerufenen Bewegung eines Reflektorplattenabtastbilds minimiert ist, wird ein Vorrichtungszustand erreicht, bei dem der Strahl geladener Teilchen durch das Zentrum der Objektivlinse hindurchtreten kann und senkrecht auf die Probe fallen kann.
Gemäß der Ausführungsform kann durch Beobachten einer Sekundärelektronenbahnkurve der Neigungswinkel des Strahls geladener Teilchen in Bezug auf die Probe korrigiert werden. Die Änderung der Bahnkurve der Sekundärelektronen wird bei der Beobachtung auf der Reflektorplatte durch die Objektivlinse vergrößert, wodurch der Neigungswinkel mit hoher Genauigkeit korrigiert werden kann. Ferner ist es nicht erforderlich, den Neigungswinkel vorab zu messen. Selbst wenn der Neigungswinkel durch elektrische Aufladung geändert wird, kann es ermöglicht werden, dass der Strahl geladener Teilchen senkrecht auf die Probe fällt.
Beispiel 1
7 ist ein Diagramm, das eine Änderung der Neigung des Primärelektronenstrahls durch einen zweistufigen Ablenker zeigt. 8 ist ein Diagramm, das eine Sequenz für das Korrigieren der Neigung des Primärelektronenstrahls zeigt. 9 ist ein Diagramm, das den Abweichungsbetrag der Position des schwarzen Punkts beim Wobbeln der Objektivlinse 9 zeigt.
Mit Bezug auf die 7 und 8 wird ein als Beispiel dienender Ablauf der Korrektur der Neigung des Primärelektronenstrahls in einem Fall beschrieben, in dem die Zentren der Sammellinse 5 und der Objektivlinse 9 infolge einer Abweichung 53 der mechanischen Achse abweichen, wie in 1 dargestellt ist. Bei einer gewöhnlichen Einstellung, um zu bewirken, dass der Primärelektronenstrahl durch das Elektronenlinsenzentrum hindurchtritt, würde der Primärelektronenstrahl eine Achse aufweisen, die durch das Zentrum sowohl der Sammellinse 5 als auch der Objektivlinse 9 verläuft. Dementsprechend würde die Bahnkurve einer Primärelektronenstrahl-Bahnkurve 29 gleichen und mit einer Neigung auf die Probe 11 auftreffen. An einer Stelle, an der der Primärelektronenstrahl durch die Sammellinse 5 hindurchtritt, weicht der Strahl um einen Abstand 57 von der optischen Achse 55 ab.
Zur Korrektur des Neigungswinkels in Bezug auf die Probe 11 wird damit begonnen, den oberen Ablenker 18 und den unteren Ablenker 19 zu betätigen (Schritt S1 in 8). Ein Strom oder eine Spannung mit einer invertierten Phase wird an den oberen Ablenker 18 und den unteren Ablenker 19 angelegt. Der durch den oberen Ablenker 18 abgelenkte Primärelektronenstrahl wechselt von der Bahnkurve 29 zu einer Bahnkurve 30 und wird dann durch den unteren Ablenker 19 in entgegengesetzter Richtung zu einer Bahnkurve 31 zurück geschwenkt. Zu dieser Zeit wird das Verhältnis zwischen den Ablenkintensitäten des oberen Ablenkers 18 und des unteren Ablenkers 19 so eingestellt, dass der Primärelektronenstrahl durch das Zentrum der Objektivlinse 9 hindurchtritt (Schritt S2).
Für das Einstellen des Verhältnisses zwischen der oberen und der unteren Stufe kann es geeignet sein, eine gewöhnliche Achseneinstelltechnik zu verwenden, um einen Zustand zu erreichen, in dem sich ein Muster auf der Probe 11 nicht bewegt, wenn die Objektivlinse 9 gewobbelt wird (Schritte S3 und S4). Beispielsweise ist es möglich, die Ablenkintensität entweder des oberen Ablenkers 18 oder des unteren Ablenkers 19 festzuhalten und die Ablenkintensität des anderen Ablenkers zu ändern, um als Bedingung das Verhältnis zwischen der oberen und der unteren Stufe festzulegen, wodurch ein Zustand erreicht wird, in dem sich ein Wobbelbild nicht bewegt (Schritt S5). Es sei bemerkt, dass der Betrag des an den oberen Ablenker 18 und den unteren Ablenker 19 angelegten Stroms oder der daran angelegten Spannung, wenn das Verhältnis zwischen der oberen und der unteren Stufe erhalten wird, beliebig festgelegt werden kann, solange er innerhalb eines Bereichs gehalten wird, der die Betrachtung des SEM-Bilds ermöglicht.
Wenn jedoch nur das Verhältnis zwischen der oberen und der unteren Stufe des oberen Ablenkers 18 und des unteren Ablenkers 19 eingestellt wird, fällt der Primärelektronenstrahl weiter unter eine Neigung auf die Probe 11. Die Neigungswinkelkorrektur wird daher ausgeführt, indem der Abweichungsvektor sowohl des oberen Ablenkers 18 als auch des unteren Ablenkers 19 geändert wird, während dabei das Verhältnis zwischen der oberen und der unteren Stufe beibehalten wird (Schritt S6).
Ob der Primärelektronenstrahl senkrecht auf die Probe fällt, wird festgestellt, indem die Objektivlinse 9 gewobbelt wird, während der Abweichungsvektor sowohl des oberen Ablenkers 18 als auch des unteren Ablenkers 19 geändert wird (Schritt S7) und das Schwarzpunktbild zu dieser Zeit betrachtet wird (Schritt S8). Die horizontale Achse in 9 entspricht dem Abweichungsvektor des oberen Ablenkers 18 und des unteren Ablenkers 19. 9 zeigt eine als Beispiel dienende Messung, wobei der Abweichungsbetrag des schwarzen Punkts gemessen wird, während zuerst die Phase des Abweichungsvektors allein für 360° geändert wird und dann der Betrag des Abweichungsvektors geändert wird. Dementsprechend entspricht das Intervall zwischen den Spitzen oder zwischen den Tälern einer Abweichungsphase von 360°. Mehrere Spitzen und Täler existieren, weil der Betrag des Abweichungsvektors geändert wurde, Jede der Spitzen 91, 92 und 93 hat einen anderen Ablenkungsbetrag.
In 9 wird der Abweichungsvektor bestimmt, der den Abweichungsbetrag des schwarzen Punkts minimiert (Schritt S9). Hier wird der Abweichungsbetrag des schwarzen Punkts während des Wobbelns im durch eine unterbrochene Linie 32 angegebenen Abweichungsvektor minimiert. Wenn demgemäß die Einstellung des Abweichungsvektors sowohl des oberen Ablenkers 18 als auch des unteren Ablenkers 19 entsprechend der Bedingung der unterbrochenen Linie 32 ausgeführt wurde (Schritt S10), und wenn der Primärelektronenstrahl in diesem Zustand abgelenkt wurde, wird erwartet, dass der Neigungswinkel des Primärelektronenstrahls in Bezug auf die Probe 11 korrigiert wurde, so dass der Primärelektronenstrahl senkrecht auf die Probe einfällt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, können gemäß der vorliegenden Ausführungsform Bedingungen des Primärelektronenstrahls, der durch das Zentrum der Objektivlinse hindurchtritt und senkrecht auf die Probe einfällt, mit hoher Genauigkeit festgelegt werden. Ferner kann selbst in einem Fall, in dem sich die Neigung des Primärelektronenstrahls durch den Einfluss einer elektrischen Aufladung oder dergleichen geändert hat, die Neigung einschließlich des Einflusses der elektrischen Aufladung korrigiert werden. Demgemäß kann dieses Korrekturverfahren bei der SEM-Betrachtung einer Probe mit tiefen Rillen und tiefen Löchern, wobei möglicherweise eine starke elektrische Aufladung auftritt, wichtig sein.
Beispiel 2
10 ist ein Diagramm, welches eine Parallelitätseinstellung zwischen der Objektivlinse und der Probe zeigt.
Um den Abweichungsbetrag des schwarzen Punkts im durch die unterbrochene Linie 32 in 9 dargestellten Abweichungsvektor auf Null zu verringern, müssen die Objektivlinse 9 und die Probe 11 parallel zueinander angeordnet werden. Wenn die Objektivlinse 9 und die Probe 11 nicht parallel zueinander angeordnet sind, würden die Sekundärelektronen abgelenkt werden, wenn sie die Reflektorplatte 15 erreichen. Um diesem Rechnung zu tragen, kann, wie in 10 dargestellt ist, ein Neigemechanismus am Halter 10 bereitgestellt werden, der so arbeitet, wie durch einen Pfeil 94 angegeben ist. Dieser Vorgang kann verwendet werden, um eine Probenneigungsbedingung festzulegen, wobei der Abweichungsbetrag des schwarzen Punkts im durch die unterbrochene Linie 32 angegebenen Abweichungsvektor null wird. Mit dieser Konfiguration kann die Parallelität zwischen der Objektivlinse 9 und der Probe 11 sehr genau eingestellt werden.
Beispiel 3
Die 11(a) und 11(b) sind Diagramme, welche eine Musterabschattung infolge der Neigung des Primärelektronenstrahls zeigen. 11(a) ist eine Schnittansicht der Probe, und 11(b) ist ein Beobachtungsmuster der Probe.
Durch die Verwendung der Technik gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die Bedingungen nicht nur für das Korrigieren der Neigung eines Elektronenstrahls festgelegt werden, sondern umgekehrt auch die Bedingungen zum Ermöglichen, dass der Elektronenstrahl eine starke Neigung hat, festgelegt werden.
Hierfür kann es in 9 geeignet sein, den Abweichungsvektor des oberen Ablenkers 18 und des unteren Ablenkers 19 auf die Spitzenbedingungen mit einem erhöhten Abweichungsbetrag des schwarzen Punkts zu legen. Indem dafür gesorgt wird, dass der Elektronenstrahl 3 mit einer starken Neigung auf die Probe 11 einfällt, wenn das Beobachtungsmuster Höhenungleichmäßigkeiten aufweist, kann durch die Neigung des Primärelektronenstrahls eine Abschattung (Gradierung) erzeugt werden, die sich in einer Musterabschattung 33 zeigt, wie in 11(b) dargestellt ist. Hierdurch kann die Technik der Ungleichmäßigkeitsbestimmung der Probe verwendet werden.
Die vom vorliegenden Erfinder gemachte vorliegende Erfindung wurde detailliert mit Bezug auf die Ausführungsformen und die Beispiele beschrieben. Es ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele beschränkt ist, sondern in einer Vielzahl von Formen modifiziert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Feldemissionskathode
2: Extraktionselektrode
3: Primärelektronenstrahl
4: Beschleunigungselektrode
5: Sammellinse
6: oberer Abtastablenker
7: unterer Abtastablenker
8: Objektivblende
9: Objektivlinse
10: Halter
11: Probe
12: Beschleunigungszylinder
13: röhrenförmiger Zylinder
14: Sekundärelektronen
15: Reflektorplatte
16: Tertiärelektronen
17: Detektor
18: oberer Ablenker
19: unterer Ablenker
20: Zentrum der Objektivlinse
21: tiefes Rillenmuster
22: dimensioneller Messwert der Rillenbodenbreite, wenn der Primärelektronenstrahl nicht geneigt ist
23: dimensioneller Messwert der Rillenbodenbreite, wenn der Primärelektronenstrahl geneigt ist
24a: Abweichungsbetrag der Sekundärelektronen-Emissionsposition auf der Probe
24b: Abweichungsbetrag der Sekundärelektronen-Emissionsposition auf der Reflektorplatte
25a: Bahnkurve von einer achsenfernen Position emittierter Sekundärelektronen
25b: Bahnkurve von einer achsenfernen Position emittierter Sekundärelektronen
26: schwarzer Punkt
27: Position des schwarzen Punkts, wenn der Primärelektronenstrahl nicht geneigt ist
28: Position des schwarzen Punkts, wenn der Primärelektronenstrahl geneigt ist
29: Bahnkurve des Primärelektronenstrahls bei einer Abweichung von der mechanischen Achse
30: Bahnkurve des durch den oberen Ablenker abgelenkten Primärelektronenstrahls
31: Bahnkurve des durch den unteren Ablenker zurück geschwenkten Primärelektronenstrahls
32: Bedingung zwischen dem oberen und dem unteren Ablenker für das Korrigieren der Neigung des Primärelektronenstrahls in Bezug auf die Probe
33: Musterabschattung infolge der Neigung des Primärelektronenstrahls
41: erste Hochspannungs-Steuerschaltung
42: Sammellinsen-Steuerschaltung
43: zweite Ablenksteuerschaltung
44: Verstärker
45: erste Ablenksteuerschaltung
46: Objektivlinsen-Steuerschaltung
47: zweite Hochspannungs-Steuerschaltung
48: Probenfeinbewegungs-Steuerschaltung
49: dritte Hochspannungs-Steuerschaltung
50: Steuervorrichtung
501: CPU
502: Frame-Speicher
503: Speichervorrichtung
51: Bildanzeigevorrichtung
52: Eingabevorrichtung
53: Abweichung von der mechanischen Achse
55: optische Achse
56: Position außerhalb der optischen Achse
57: Abweichungsabstand in Bezug auf die optische Achse
91, 92, 93: Spitze
94: Pfeil
V1, V2, V3, V4: Spannungsversorgung

Claims

Verfahren zur Korrektur der Neigung eines Strahls geladener Teilchen, welches Folgendes aufweist: wenn ein von einer Quelle geladener Teilchen emittierter Strahl geladener Teilchen auf eine Probe gerichtet wird, Ausführen einer Neigungskorrektur des Strahls geladener Teilchen auf der Grundlage auf einer Reflektorplatte erhaltener Informationen in Bezug auf ein Abtastbild von der Probe emittierter geladener Teilchen, wobei die Reflektorplatte zwischen der Quelle geladener Teilchen und einer Objektivlinse, welche den Strahl geladener Teilchen fokussiert, angeordnet ist.
Verfahren zur Korrektur der Neigung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 1, wobei wenigstens zwei Ablenkerstufen, welche den Strahl geladener Teilchen ablenken, zwischen der Quelle geladener Teilchen und der Objektivlinse angeordnet sind.
Verfahren zur Korrektur der Neigung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 1, wobei die Reflektorplatte eine Öffnung aufweist, durch welche der Strahl emittierter geladener Teilchen hindurchtreten kann.
Verfahren zur Korrektur der Neigung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 1, wobei die Informationen auf der Reflektorplatte in Bezug auf das mit den emittierten geladenen Teilchen erhaltene Abtastbild Informationen in Bezug auf die Ankunftsposition der von der Objektivlinse abgelenkten emittierten geladenen Teilchen auf der Reflektorplatte sind.
Verfahren zur Korrektur der Neigung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 2, wobei der Ablenker eine Ablenkwirkung durch ein Magnetfeld, eine Ablenkwirkung durch ein elektrisches Feld oder eine Ablenkwirkung durch das Magnetfeld und das elektrische Feld aufweist.
Verfahren zur Korrektur der Neigung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 2, wobei der Abweichungsvektor des Ablenkers auf der Grundlage der Informationen in Bezug auf das Abtastbild der emittierten geladenen Teilchen auf einer Reflektorplatte geändert wird.
Verfahren zur Korrektur der Neigung eines Strahls geladener Teilchen nach Anspruch 4, wobei die Ankunftsposition der emittierten geladenen Teilchen auf der Reflektorplatte entsprechend einer Änderung des Erregungsstroms der Objektivlinse, einer Änderung der Beschleunigungszylinderspannung unmittelbar oberhalb der Objektivlinse oder einer Änderung der an die Probe angelegten Verzögerungsspannung geändert wird.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung, welche Folgendes aufweist: eine Quelle geladener Teilchen, eine Objektivlinse, welche einen von der Quelle geladener Teilchen emittierten Strahl geladener Teilchen fokussiert, einen Detektor für geladene Teilchen, der zwischen der Quelle geladener Teilchen und der Objektivlinse angeordnet ist, einen ersten und einen zweiten Ablenker für den Strahl geladener Teilchen, die zwischen der Quelle geladener Teilchen und der Objektivlinse angeordnet sind, und eine Reflektorplatte, die zwischen der Quelle geladener Teilchen und der Objektivlinse angeordnet ist, wobei, wenn der von einer Quelle geladener Teilchen emittierte Strahl geladener Teilchen auf eine Probe gerichtet wird, die Neigung des auf die Probe gerichteten Strahls geladener Teilchen auf der Grundlage auf der Reflektorplatte erhaltener Informationen in Bezug auf ein Abtastbild von der Probe emittierter geladener Teilchen korrigiert wird.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Reflektorplatte eine Öffnung aufweist, durch welche die geladenen Teilchen hindurchtreten können.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die auf der Reflektorplatte erhaltenen Informationen in Bezug auf das Abtastbild der geladenen Teilchen Informationen in Bezug auf die Ankunftsposition der von der Objektivlinse abgelenkten geladenen Teilchen auf der Reflektorplatte sind.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei sowohl der erste als auch der zweite Ablenker für den Strahl geladener Teilchen eine Ablenkwirkung durch ein Magnetfeld, eine Ablenkwirkung durch ein elektrisches Feld oder eine Ablenkwirkung durch das Magnetfeld und das elektrische Feld aufweist.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Abweichungsvektor sowohl des ersten als auch des zweiten Ablenkers für den Strahl geladener Teilchen auf der Grundlage der auf der Reflektorplatte erhaltenen Informationen in Bezug auf das Abtastbild der geladenen Teilchen geändert wird.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Ankunftsposition der geladenen Teilchen auf der Reflektorplatte entsprechend einer Änderung des Erregungsstroms der Objektivlinse geändert wird.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 11, welche Folgendes aufweist: eine erste Spannungsversorgung, die eine Spannung anlegt, welche den Strahl geladener Teilchen unmittelbar oberhalb der Objektivlinse beschleunigt, und eine zweite Spannungsversorgung, die eine Spannung anlegt, welche den auf eine Probe fallenden Strahl geladener Teilchen verzögert, wobei die Ankunftsposition der geladenen Teilchen auf der Reflektorplatte entsprechend einer Änderung der Beschleunigungszylinderspannung unmittelbar oberhalb der Objektivlinse durch die erste Spannungsversorgung oder entsprechend einer Änderung der durch die zweite Spannungsversorgung an die Probe angelegten Verzögerungsspannung geändert wird.
Mit einem Strahl geladener Teilchen arbeitende Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Detektor für geladene Teilchen geladene Teilchen von der Reflektorplatte detektiert.