DE1133841B - Elektronenmikroskop zur direkten Abbildung von Oberflaechen durch Sekundaerelektronen, Verfahren zur Untersuchung von Nichtleitern oder Halbleitern und Anordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektronenmikroskop zur direkten Abbildung von Oberflächen durch Sekundärelektronen mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem, dessen Strahlen schräg auf die Objektoberfläche gerichtet sind, und mit einem das Objekt umhüllenden, rotationssymmetrischen und zur optischen Achse des Elektronenmikroskops zentrierten Abschirmkäfig mit mehreren Öffnungen, der auf Objektpotential liegt.

Für die direkte Sichtbarmachung von Oberflächen durch Elektronenstrahlen sind Anordnungen bekannt, bei denen die Objektoberfläche mit Ionen bestrahlt wird. Die aus der Oberfläche herausgeschlagenen Sekundärelektronen werden beschleunigt und mittels elektronenoptischer Linsen zur Abbildung gebracht.

Es ist auch bereits ein Elektronenmikroskop bekannt, bei dem mittels einer Elektronenquelle Primärelektronen auf das Objekt gestrahlt und die aus dem Objekt ausgelösten Sekundärelektronen zur Abbildung benutzt werden. Bei diesem Elektronenmikroskop ist das Objekt selbst derart angeordnet, daß die aus ihm heraustretenden Sekundärelektronen nach Durchlaufen eines beschleunigenden Homogenisierungsfeldes zur vergrößerten Abbildung der Objektoberfläche benutzt v/erden.

Die Nachteile dieser bekannten Anordnungen bestehen darin, daß entweder die Objektbelastung durch die Ionenbestrahlung sehr hoch ist bzw. ein Niederschlagen von Schichten auf der Objektoberfläche erfolgt, oder aber darin, daß eine Beeinflussung des Primärelektronenstrahls erfolgt, so daß Verfälschungen bei der Abbildung der Objektoberfläche eintreten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektronenmikroskop zu schaffen, bei dem die Belastung des Objekts gering ist, bei dem die Bildfehler kleiner sind als bei bekannten Anordnungen, das eine hohe Ausbeute und einen guten Kontrast der Bilder liefert und bei dem Variationen der Beleuchtungshelligkeit, des Bestrahlungswinkels sowie der Beleuchtungsseiten möglich sind. Ein solches Gerät weist gegenüber Bekanntem den Vorteil auf, daß es wegen der Vielfalt seiner Anwendungsmöglichkeiten die Tätigkeit des Untersuchenden wesentlich erleichtert und darüber hinaus sehr exakte Untersuchungen liefert.

Dies wird erreicht, wenn erfindungsgemäß die Austrittsöffnung für die Sekundärelektronen enthaltende Wand des Abschirmkäfigs Bestandteil des Objektivs des Elektronenmikroskops ist. Dieser Käfig weist eine Bohrung für die Ein- und Ausführung des Objekts und die ungehinderte Bewegung des Objekt-Elektronenmikroskop zur direkten Abbildung von Oberflächen durch Sekundärelektronen, Verfahren zur Untersuchung von Nichtleitern oder Halbleitern und Anordnung

zur Durchführung des Verfahrens

Anmelder:

Ernst Leitz G. m. b. H.,

Wetzlar, Lauf dorf er Weg

Günter Bartz, Wetzlar, und Walter Bill, Naunheim, sind als Erfinder genannt worden

halters auf. Es können an dem Käfig auch mehrere Eintrittsöffnungen mit selbständigen Bestrahlungssystemen vorgesehen sein, so daß das Objekt von verschiedenen Seiten nacheinander oder gleichzeitig bestrahlt werden kann. Des weiteren sind Vorrichtungen vorgesehen, um bei der Untersuchung von Nichtleitern oder Halbleitern durch Besprühen mit langsamen Ionen die Aufladung des Objekts zu verhindern. Diese Vorrichtungen bestehen im wesentlichen aus einer zusätzlichen, regelbaren und auf nahezu Objektpotential liegenden Ionenquelle, deren Einstrahlrichtung annähernd mit der Richtung des Primärelektronenstrahls des Mikroskops zusammenfällt.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele teils im Schnitt und teils schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Auflicht-Elektronenmikroskop. In einem Ansatzstutzen 1 des Elektronenmikroskoptubus 2 sind ein aus der Kathode 3, dem Wehneltzylinder 4 und der Beschleunigungsanode 5 bestehendes Elektronenstrahlerzeugersystem und ein Kondensor 6 angeordnet. Um das Objekt 7 herum ist an einem ringförmigen Hochspannungsisolator 8 ein rotationssymmetrischer Abschirmkäfig 9 befestigt; beide Teile sind zur optischen Achse zentriert. Der Abschirmkäfig besteht vorteilhaft aus rostfreiem, unmagnetischem Stahl, weist keine Ecken und Kanten auf und ist feinpoliert. Er ist mit einem oder mehreren Schleifkontakten 10 mit dem Objekt 7 leitend verbunden und besitzt die Öffnungen 11, 12, und 13. Die seitliche Öffnung 11 hat eine etwas eingeebnete

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Stirnfläche, die senkrecht zur optischen Achse des Bestrahlungssystems steht. Die Öffnung 12 liegt dicht am Objekt 7 und ist äußerst genau mit den nachfolgenden Abbildungselementen zentriert. Eine größere Bohrung 13 ist als Abpumpöffnung vorgesehen, dient gleichzeitig zur Ein- und Ausführung des auf dem Objekthalter 14 sitzenden Objekts 7 und ermöglicht so eine ungehinderte Bewegung des Objekthalters 14. Gegenüber der Öffnung 12 liegt die Elektrode 15, die vorzugsweise längs, der Achse geringfügig verschiebbar ist. In deren hinterem Brennpunkt ist eine justierbare Feinblende 16 angeordnet. Die Elektronenlinse 17 wirkt als Projektiv. Hinter dieser liegt der Leuchtschirm 18.

Die Wirkungsweise ist folgende: Die von dem Strahlerzeugersystem 3-4-5 kommenden Elektronen werden durch den Kondensor 4 in Richtung auf das Objekt 7 fokussiert. Dieses hat wie der Abschirmkäfig 9 gegenüber Kathodenpotential eine positive Spannung (sogenannte Objektspannung), die mit einem nicht gezeichneten Potentiometer abgegriffen und von 0 bis z. B. 5000 Volt variiert werden kann. Die Elektronen des einfallenden Strahls werden vor dem Abschirmkäfig bis auf eine dem positiven Wert der Objektspannung (Landespannung) entsprechende Landegeschwindigkeit abgebremst. Innerhalb des Käfigs 9 ist ein feldfreier Raum. Der Elektronenstrahl läuft dort geradlinig weiter in Richtung auf die Objektstelle, die abgebildet werden soll. Die auf das Objekt fallenden Primärelektronen schlagen dort Sekundärelektronen heraus. Die Elektrode 15, die normalerweise auf Erdpotential liegt, erzeugt zusammen mit dem auf Objektspannung befindlichen Abschirmkäfig 9 ein rotationssymmetrisches Beschleunigungsfeld, das durch die Öffnung 12 hindurchgreift und die aus der Objektoberfläche austretenden Sekundärelektronen beschleunigt. Dieses Feld bewirkt auch noch eine Ablenkung des Primärstrahles in der Nähe der Öffnung 12 derart, daß die Einschußrichtung flacher wird. Durch geeignete Wahl der Landespannung und durch Nachjustieren des Strahlerzeugungssystems ist jedoch eine optimale Bestrahlung möglich.

Der Abschirmkäfig 9 und die Elektrode 15 bilden zusammen mit dem Objekt eine elektrostatische Sammellinse, die als Objekt wirkt und ein reelles Zwischenbild erzeugt. In deren hinteren Brennpunkt liegt zur Verkleinerung von Abbildungsfehlern vorteilhaft eine justierbare Feinblende 16 von etwa 5 bis 20 μ Durchmesser. Das vom Objekt erzeugte Zwischenbild wird mit Hilfe der Projektivlinse 17 vergrößert auf den Leuchtschirm 18 abgebildet.

An Stelle der felderzeugenden Elektrode 15 kann man auch eine elektronische Einzellinse oder Immersionslinse oder auch eine magnetische Linse verwenden. Die Elektrode 15 ist in Fig. 2 durch die elektrostatische Einzellinse 19, in Fig. 3 durch die elektrostatische Immersionslinse 20 und in Fig. 4 durch die magnetische Linse 21 ersetzt.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektronenmikroskop zur direkten Abbildung von Oberflächen durch Sekundärelektronen mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem, dessen Strahlen schräg auf die Objektoberfläche gerichtet sind, und mit einem das Objekt umhüllenden, rotationssymmetrischen und zur optischen Achse des Elektronenmikroskops zentrierten Abschirmkäfig mit mehreren Öffnungen, der auf Objektpotential liegt, dadurch gekenn zeichnet, daß die die Austrittsöffnung (12) für die Sekundärelektronen enthaltende Wand des Abschirmkäfigs (9) Bestandteil des Objektivs des Elektronenmikroskops ist.

2. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahlrichtung hinter dei die Öffnung (12) enthaltenden Wand des Abschirmkäfigs (9) eine geerdete Elektrode (15) angeordnet ist (Fig. 1).

3. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahlrichtung hinter der die Öffnung (12) enthaltenden Wand des Abschirmkäfigs (9) eine elektrostatische Einzellinse (19) angeordnet ist (Fig. 2).

4. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahlrichtung hinter der die Öffnung (12) enthaltenden Wand des Abschirmkäfigs (9) eine elektrostatischelmmersionslinse (20) angeordnet ist (Fig. 3).

5. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahlrichtung hinter der die Öffnung (12) enthaltenden Wand des Abschirmkäfigs (9) eine magnetische Linse (21) angeordnet ist (Fig. 4).

6. Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Elektronenstrahlerzeugungssysteme vorgesehen sind.

7. Verfahren zur Untersuchung von Nichtleitern oder Halbleitern mit einem Elektronenmikroskop nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nichtleiter oder Halbleiter während der Untersuchung mit langsamen Ionen besprüht werden.

8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ionenquelle regelbar ausgebildet ist und nahezu auf Objektpotential liegt und daß die Einstrahlrichtung der Ionen annähernd mit der Richtung des Primärelektronenstrahls zusammenfällt.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 679 330.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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