DE1803119A1

DE1803119A1 - Abtastmikroskop

Info

Publication number: DE1803119A1
Application number: DE19681803119
Authority: DE
Inventors: Flemming John Peter Wilfred
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1967-10-25
Filing date: 1968-10-15
Publication date: 1969-04-30
Also published as: US3558885A; NL6815264A; GB1194355A; CH502597A

Description

Dipl.-Phys. Leo T h u 1
Patentanwalt

7ooo Stuttgart-Feuerbach
Postfach

J.P.W. Flemming - 2

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION,NEW YORK

Abtastmikro s k ο ρ

Die Priorität der Anmeldung Nr. 48 468/67 vom 25.Okt. I967 " in Grossbritannien ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung betrifft ein Abtastmikroskop, insbesondere ein Spiegel- oder Elektronenmikroskop.

Es ist bekannt, dass man ein Diagramm der Spannung von der Oberfläche einer Probe erhält, wenn man sie zum Objekt in einem Abtastspiegelmikroskop macht. Dabei wird ein Elektronenstrahl über die Oberfläche der Probe im Objekt geführt und die Änderungen des Objektstromes gemessen.

Das gleiche Diagramm erhält man, wenn man die Probe in ein Abtastelektronenmikroskop einbringt. Dabei wird der Ausgangsstrom eines Schnelligkeitsauswerters beim Abtasten der Oberfläche der Probe gemessen. Der so bezeichnete Schnelligkeitsauswerter gibt ein Ausgangssignal, das proportional der Geschwindigkeit der auftreffenden Elektronen, die in einem bestimmten Energiebereich liegen, ist. Der Schnelligkeitsauswerter ist so angeordnet, dass er die durch den Primärelektronenstrahl ausgeschlagenen Sekundärelektronen der Probe aufnimmt.

I0.I0.I968

Wr/Wa ./.

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Bei beiden Methoden ist das Ergebnis"jedoch mit grossen Fehlern behaftet, weil zwischen dem Ausgangssignal und der Spannungsänderung auf dem Objekt keine lineare Funktion besteht. In vielen Fällen, insbesondere bei der Prüfung von integrierten Schaltkreisen, ist es jedoch wünschenswert, ein genaues Spannungsdiagramm zu erhalten. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Abtastmikroskop zu schaffen, das eine Wiedergabe des genauen Spannungsdiagrammes gestattet.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass ein Rückführungskreis zwischen Kathode und Objekt eingeschaltet ist und beim Abtasten des Objektes eine auftretende Potentialschwankung zwischen Kathode und Objekt vermieden wird.

In einer Ausgestaltung der Erfindung besteht der Rückführungskreis aus zwei Kondensatoren und einem Verstärker»

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist an einen Sekundärelektronen auffangenden Schnelligkeitsauswerter ein Rückführungskreis angeschlossen und das Potential des Objektes wird in Bezug auf das Elektronenenergieniveau des Schnelligkeitsauswerteis beim Abtasten des Objektes geregelt.

Dabei ist es vorteilhaft, dass der Rückführungskreis aus einem Verstärker und einem Kondensator besteht.

Die Erfindung weist den Vorteil der völlig linearen Wiedergabe des Diagrammes einer Probenoberfläehe auf* Auch werden auftretende PotentialSchwankungen des Objektes in Bezug auf Erdpotential oder die Kathode ausgeglichen. Weitere Vorteile sind aus der Beschreibung ersichtlich.

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Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Abtastspiegelmikroskop mit einem Rückführungs kreis;

Fig. 2 ein Abtastelektronenmikroskop mit einem Rück- . führungskreis.

In Fig. 1 Ist ein Abtastspiegelmikroskop schematisch dargestellt, das eine einen Elektronenstrahl aussendende Kathode lo, eine Anordnung 11 zur Fokussierung und Bewegung des Elektronenstrahles und im Elektronenstrahlweg ein Objekt 12 mit einem Anschluss 13 enthält. Das Objekt 12 ist durch den Anschluss 13 und einen Widerstand R mit Erdpotential und über einen Kondensator 14 mit dem Eingang eines Verstärkers 15 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 15 ist über einen Kondensator 16 an die , Kathode Io und direkt an die Ausgangsklemme 17 angeschlossen. Die beiden Kondensatoren 14 und 16 und der Verstärker 15 bilden den Rückführungskreis zwischen dem Objekt 12 und der Kathode lo, durch welchen der Objektstrom stabilisiert wird. An der Ausgangsklemme 17 kann die Information, die durch die PotentialSchwankungen an der Oberfläche des Objektes 12 entsteht, abgenommen werden.

Die Arbeitsweise des Rückführungskreises wird durch die folgende Untersuchung erklärt:

Vm Potential des Teiles des Objektes, das unmittelbar vom Primärelektronenstrahl des Mikroskopes bestrahlt wird,

V_c Potential der Kathode lo,

V. Erdpotential des Objektanschlusses 13 auf das alle Potentiale bezogen werden.

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Durch die folgende Gleichung sind definiert:

^VTA ^{= V}T " ^VA

v_TC - v_T.-v_c

A Verstärkungsfaktor des Verstärkers 15* definiert als positive Grosse eines Invertier-Verstärkers,

»I_m Strom durch den Widerstand R vom Erdpotential zum Objekt.

Die gleichen Symbole mit kleinen Buchstaben geschrieben, werden für veränderliche,'kleine Grossen gebraucht, zum Beispiel, wenn der Elektronenstrahl das Objekt abtastet und zwischen zwei angrenzenden Punkten ist eine Potentialdifferenz, so ist das ein Wechsel, Vm» t in der -Spannung V_TA . ·

Es wird gezeigt, dass der Rückführungskreis die Schwankungen v_TA als Schwankungen der Spannung V_TC an der Ausgangsklemme 17 wiedergibt.

Für diesen Zweck ist der Leitwert, g, folgendermassen definiert; .

g = JL

^VTC .
und dadurch eine positive Grosse erreicht.

Für kleine Änderungen ist g konstant und um zu rechtfertigen, dass g als Konstante gebraucht wird, muss ge- · zeigt werden, dass die Wirkung des Rückführungskreises darin besteht, dass v_TC klein wird im Vergleich zu v™. .

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Aufgrund der obigen Definition ergeben sich die folgenden Gleichungen:

^VTC - ^VT - ^VC

^VTA	= v_T ·	- ^VA
Ri_T	= -A
^vc	= -Av_A
	¹T
g =	——
	^VTC

(Ohm'sches Gesetz) und mit diesen Gleichungen kann gezeigt werden, dass

v_c = AgR (1)

v^_A 1 + gR + AgR

und v_c = AgR. v_TC (2)

v_TC = ^VTA

1 + gR + AgR

Die Gleichung (1) zeigt, dass die Spannung an der Ausgangsklemme 17 annähernd so wie gefordert ist, vorausgesetzt, dass A und AgR gross gegenüber Eins sind. Die Gleichung (2) zeigt, dass der Ausdruck AgR die Kreisverstärkung des Regelkreises ist. Um ein einwandfreies Arbeiten zu gewährleisten, müssen der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 15 und die Kreisverstärkung des Regelkreises gross sein.

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Die Gleichung (3) zeigt, dass der Rückführungskreis die Wirkung der Schwankungen von v_TC herabsetzt und diese Schwankungen klein sind im Vergleich zu den Potentialänderungen v_TA auf der Objektoberfläche. Es ist also gerechtfertigt, dass g als Konstante angenommen wurde.

In Fig. 2 ist ein Abtastmikroskop mit einem Elektronenstrahlgenerator 2o einschliesslich Fokussierung und Strahlbewegung gezeigt. Der vom Generator 2o ausgehende Elektronenstrahl 21 trifft auf das Objekt 22, das in Ermangelung eines Rückführungskreises auf einem festen Potential gegenüber dem Kathodenpotential des Generators 2o liegt. Vom Objekt 22 werden Sekundärelektronen ausgesandt und ein Anteil 2J mit der entsprechenden Energie wird von einem Schnelligkeitsauswerter 24 aufgefangen. Der Schnelligkeitsauswerter 24 spricht nur auf Elektronen, die sich in einem auf das Kathodenpotential des Generators 2o bestimmten Energiebereich bewegen, an. Der Ausgang des Schnelligkeitsauswerters 24 ist an einen Verstärker 25 angeschlossen, dessen Ausgang über einen Kondensator 26 mit dem Objekt 22 verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers 25 ist ausserdem an eine Ausgangsklemme 27, an der die Information über die verschiedenen Potentiale an der Objektoberseite abgenommen werden kann, angeschlossen.

Der Rückführungs- und Regelkreis zwischen dem Schnelligkeitsauswerter 24 und dem Objekt 22 arbeitet in einer ähnlichen Weise, wie der schon beim Abtastspiegelmikroskop beschriebene. Im Abtastelektronenmikroskop ist die Potentialdifferenz zwischen der Kathode des Elektronenstrahlgenerators 2o und dem Objekt 22 so gross, dass die Energieverteilung der Sekundärelektronen einer Funktion des Teiles auf dem Objekt 22 entsprechen, von dem sie

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ausgesandt und annähernd unabhängig von kleinen Änderungen oder Schwankungen des Oberflächenpotentials des Objektes 22 sind. Der vom Schnelligkeitsauswerter 24 aufgefangene Elektronenstrahl 2;5 ist ein Abbild des Potentials an der Oberfläche des Objektes 22, wie der Objektstrom des Spiegelmikroskopes eine Funktion der Objektoberfläche ist. Beim Abtastelektronenmikroskop ist das Eingangssignal des Verstärkers 25 ein Mass für die Änderungen des Objektstromes wie er vom Schnelligkeitsauswerter 24 bewertet wurde. Die Ausgangsspannung ist nicht wie beim Spiegelmikroskop mit der Kathode des Primärelektronen- g

Strahles verbunden; sondern speist das Objekt 22.

4 Patentansprüche

1 Blatt Zeichng., 2 Fig.

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Claims

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1. Abtastmikroskop, insbesondere Spiegel- oder Elektronenmikroskop, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückführungskreis zwischen Kathode (lo) und Objekt (12) eingeschaltet ist und beim Abtasten des Objektes (12) eine auftretende PotentialSchwankung zwischen Kathode (lo) und Objekt (12) vermieden wird.

2. Abtastmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführungskreis aus zwei Kondensatoren (14, 16) und einem Verstärker (15) besteht.

J5. Abtastmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einen Sekundärelektronen auffangenden Schnelligkeitsauswerter (24) ein Rückführungskreis angeschlossen ist, und das Potential des Objektes (22) in Bezug auf das Elektronenenergieniveau des Schnelligkeitsauswerters (24) beim Abtasten des Objektes (22) geregelt wird.

4. Abtastmikroskop nach Anspruch J>, dadurch gekennzeich- . net, dass der Rückführungskreis aus einem Verstärker (25) und einem Kondensator (26) besteht.

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