DE19845329A1 - Rasterelektronenmikroskop - Google Patents

Abstract

Bei einem Rasterelektronenmikroskop mit einem Strahlerzeuger und einer Probenkammer, zwischen denen eine oder mehrere Druckstufenblenden angeordnet sind, durch deren Öffnungen ein Primärelektronenstrahl auf eine Probe in der Probenkammer lenkbar ist, wobei die der Probe nächste, unterste Druckstufenblende (18), durch die der Primärelektronenstrahl auf die Proben trifft, dazu eingerichtet ist, einen erhöhten Druck in der Probenkammer gegenüber der übrigen Mikroskopsäule des Rasterelektronenmikroskops abzuschirmen und durch ihre Öffnung (16) Sekundärelektronen oder Rücksteuerelektronen von der Probe zu mindestens einem Detektor durchzulassen, ist oberhalb der untersten Druckstufenblende (18) mindestens eine Elektrode (43, 44. 50, 55) angeordnet, die gegenüber der Druckstufenblende (18) auf positivem Potential liegt und dazu eingerichtet ist, die Sekundärelektronen oder Rücksteuerelektronen von der Probe hin zum Detektor (74) zu beschleunigen, der ein hochempfindlicher, gegenüber der Probe positiv vorgespannter Detektor ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rasterelektronenmikroskop (REM), insbesondere ein unter etwas erhöhtem Druck arbeitendes Rasterelektronenmikroskop oder die Umrüstung eines unter Vakuum betriebenen Rasterelektronenmikroskops für den Betrieb mit Gas in der Probenkammer, und bezieht sich insbesondere auf eine verbesserte Detektionseffizienz eines derartigen Mikroskops (d. h. auf die Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Ver­ hältnis der damit aufgenommenen Bilder), insbesondere beim Betrieb mit niedriger Primärenergie.

Bei einem Rasterelektronenmikroskop, das unter etwas erhöhtem Druck arbeitet (Druck-REM), ist in der Probenkammer üblicher­ weise ein maximaler Betriebsdruck von einigen Hektopascal bis einigen Kilopascal zugelassen. Die Primärelektronen haben bei diesem Druck nur eine kurze mittlere freie Weglänge. Deshalb wird die Mikroskopsäule zur Probenkammer hin durch eine Druck­ stufenblende (oder druckbegrenzende Blende) abgeschlossen, durch die der Primärelektronenstrahl in die Probenkammer ein­ tritt. Oberhalb dieser Druckstufenblende ist der Druck um meh­ rere Zehnerpotenzen verringert.

Mit einer Szintillator-Lichtleiter-Kombination, die zwischen der Probe und der Druckstufenblende angeordnet ist, können die von der Probe emittierten Rückstreuelektronen detektiert wer­ den. Eine demgegenüber verbesserte Ortsauflösung erhält man bei der Verwendung der von der Probe emittierten Sekundärelek­ tronen, die mit Hilfe einer Kollektorelektrode detektiert wer­ den können (WO 88/09564 A1). Dabei ist üblicherweise die Un­ terseite der Druckstufenblende als Kollektorelektrode ausge­ bildet oder eine separate Kollektorelektrode unterhalb der Druckstufenblende angeordnet.

Bei anderen Rasterelektronenmikroskopen, die unter etwas er­ höhtem Druck arbeiten, findet die Detektion der Sekundärelek­ tronen durch die Öffnung der Druckstufenblende hindurch in ei­ ner Art Vorkammer statt, die nach oben zur Objektivlinse hin durch eine weitere Druckstufenblende abgeschlossen ist. Als Detektor für die Sekundärelektronen wird auch hier eine Kol­ lektorelektrode verwendet (WO 90/04261 A1). Diese Gestaltung wurde zwar erprobt (G. D. Danilatos, "Design and Construction of an Environmental SEM; Part 4", Scanning Vol. 12 (1990), S. 23), hat sich jedoch in der praktischen Anwendung nicht durchgesetzt.

Detektorsysteme mit Kollektorelektroden haben wegen des Rau­ schens bei der nachfolgenden elektronischen Verstärkung eine schlechte Nachweisempfindlichkeit und erfordern deshalb eine Vorverstärkung des Sekundärelektronensignals vor dem Erreichen der Kollektorelektrode. Diese Vorverstärkung geschieht mit Hilfe eines elektrischen Feldes zwischen der Probe und der Kollektorelektrode, durch das die von der Probe emittierten Sekundärelektronen beschleunigt werden, so daß sie Gasmoleküle ionisieren können. Nach dem Stoß mit den Gasmolekülen werden die dabei im Gas erzeugten Sekundärelektronen und die bereits vorher vorhandenen Sekundärelektronen wieder durch das elek­ trische Feld beschleunigt und erzeugen weitere Sekundärelek­ tronen im Gas. Auf diese Weise wird durch die von der Probe emittierten Sekundärelektronen eine Sekundärelektronenkaskade ausgelöst, die schließlich die Kollektorelektrode erreicht.

Trotz dieser Kaskaden-Vorverstärkung ist das Signal-zu-Rausch- Verhältnis der bei etwas erhöhtem Druck aufgenommenen Bilder, bei gleicher Strahlstromstärke, wesentlich schlechter als bei den Bildern, die ohne erhöhten Druck mit konventionellen Se­ kundärelektronendetektoren aufgenommen werden. Insbesondere für die Untersuchung empfindlicher Proben (beispielsweise Halbleiterbauelemente, Kunststoffe, biologische und medizini­ sche Proben) stellt deshalb die Verbesserung der Detektionsef­ fizienz und insbesondere die Verringerung des Detektor- Rauschens der Druck-REMs eine wichtige Aufgabe dar.

Bei der Untersuchung empfindlicher Proben ist weiterhin die Verwendung einer niedrigen Primärenergie vorteilhaft, um der Probe weniger Energie zuzuführen und um die Schädigung der Probe durch den Elektronenstrahl auf eine dünne Oberflächen­ schicht zu begrenzen. Die bisher bekannten Druck-REMs benöti­ gen für ihre Kollektorelektrode eine Sekundärelektronenkaskade im Gas und sind deshalb für den Betrieb mit niedriger Pri­ märenergie (von beispielsweise 1 keV) ungeeignet. Für den Be­ trieb mit niedriger Primärenergie sind nämlich eine möglichst kurze Gasstrecke zwischen der Probe und der darüberliegenden Druckstufenblende, sowie ein möglichst geringer Druck oberhalb der Druckstufenblende erforderlich, da mit abnehmender Pri­ märenergie auch die mittlere freie Weglänge der Primärelektro­ nen im Gas abnimmt. Unter diesen Bedingungen ist jedoch keine befriedigende Kaskaden-Vorverstärkung mehr möglich, so daß die bisher bekannten Druck-REMs beim Betrieb mit Gas in der Pro­ benkammer erst ab einer Primärenergie von 3 keV verwendet wer­ den können. Aber auch bei 3 keV wird durch den hohen Anteil an gestreuten Primärelektronen ein Signal-Untergrund erzeugt, der dazu führt, daß die Bilder ein noch wesentlich schlechteres Signal-zu-Rausch-Verhältnis aufweisen als bei hoher Pri­ märenergie.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes, unter etwas erhöhtem Druck arbeitendes REM (im folgenden: Druck-Rasterelektronenmikroskop oder Druck-REM) anzugeben, das die genannten Nachteile herkömmlicher REM nicht aufweist, und insbesondere die Detektionseffizienz von Druck-REMs, bei denen die Detektion durch die Druckstufenblende stattfindet, durch die die Mikroskopsäule zur Probenkammer hin abgeschlossen ist (bzw. das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der damit aufgenommenen Bilder), insbesondere beim Betrieb mit niedriger Primärenergie zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein REM mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und/oder Patentanspruch 2 gelöst. Vorteilhaf­ te Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhän­ gigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe insbesondere gemäß einem er­ sten Gesichtspunkt dadurch gelöst, daß oberhalb der Druckstu­ fenblende ein oder mehrere Elektrodenelemente (massive Elek­ troden oder dünne Elektrodenschichten) angeordnet sind, die gegenüber der Druckstufenblende auf positivem Potential lie­ gen, wobei als Detektor für die in der Probe und im Gas er­ zeugten Sekundärelektronen keine Kollektorelektrode, sondern ein oder mehrere Detektoren mit höherer Nachweisempfindlich­ keit verwendet werden.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, daß - un­ abhängig von dem Vorhandensein einer Sekundärelektronenkas­ kade - eine hohe Detektionseffizienz für die von der Probe emittierten Sekundärelektronen und insbesondere ein geringes Rauschen des Detektorsystems erzielt werden. Bei den erfin­ dungsgemäßen Druck-REMs kann die Länge der Wegstrecke, die die Primärelektronen durch das Gas zurücklegen müssen, sehr klein (< 300 µm) gemacht werden, indem ein kurzer Abstand zwischen der Probe und der Druckstufenblende verwendet wird und ober­ halb der Druckstufenblende stark abgepumpt wird. Die bisher bekannten Druck-REMs sind für solche kurzen Wegstrecken (< 300 µm) der Primärelektronen durch das Gas hingegen prinzi­ piell ungeeignet, weil sich dabei weder unterhalb noch ober­ halb der Druckstufenblende eine ausreichende Sekundärelektro­ nenkaskade ausbilden kann.

Mit der guten Eignung für eine kurze Wegstrecke der Primäre­ lektronen durch das Gas werden durch die erfindungsgemäßen Druck-REMs insbesondere zwei wichtige neue Anwendungsgebiete für Druck-REMs erschlossen.

Erstens wird Rasterelektronenmikroskopie bei geringer Pri­ märenergie (beispielsweise 1 keV und weniger) mit Gas in der Probenkammer (beispielsweise Wasserdampf bei einem Druck von 10 hPa) problemlos möglich. Wegen der hohen Detektionseffizi­ enz und des geringen Rauschens des Detektorsystems ist dabei nur eine geringe Strahlstromstärke erforderlich.

Eine Anwendungsmöglichkeit besteht beispielsweise in der zer­ störungsfreien Abbildung besonders empfindlicher Proben (bei­ spielsweise bestimmter Kunststoffproben). Hierbei wird die Probe (beispielsweise durch Abscheidung aus der Gasphase) mit einem gleichmäßig dünnen Flüssigkeitsfilm bedeckt, dessen Schichtdicke so groß ist wie die Reichweite der Primärelektro­ nen. (Zum Erreichen eines gleichmäßig dünnen Flüssigkeitsfil­ mes sollte die Flüssigkeit eine gute Adhäsion an der Pro­ benoberfläche und eine sehr geringe Oberflächenspannung auf­ weisen. Außerdem ist eine hohe Dichte wünschenswert, damit nur eine geringe Schichtdicke erforderlich ist.) Bei der anschlie­ ßenden Untersuchung im Druck-REM wird eine möglichst geringe Primärenergie (beispielsweise zwischen 200 eV und 1 keV) ver­ wendet. Hierfür ist die Reichweite der Primärelektronen in der Flüssigkeit so gering, daß die Auflösungsverschlechterung durch den Flüssigkeitsfilm bei mittlerer (beispielsweise zehn­ tausendfacher) Vergrößerung kaum zu bemerken ist. Die Verwen­ dung einer möglichst geringen Primärenergie wird dabei er­ leichtert, wenn mit einem gekühlten Probenhalter der Dampf­ druck der Flüssigkeit verringert wird.

Zweitens wird durch die erfindungsgemäßen Druck-REMs bei hoher Primärenergie (< 15 keV) Rasterelektronenmikroskopie mit Se­ kundärelektronen bei ungewöhnlich hohem Druck (< 100 hPa) mög­ lich. Bei Verwendung einer Druckstufenblende mit sehr kleinem Bohrungsdurchmesser (von beispielsweise 30 µm) ist, bei extrem kleinen Abständen (< 60 µm) zwischen der Probe und der Druck­ stufenblende, sogar der Betrieb bei Umgebungsdruck (1013 hPa) möglich.

Außerdem kann insbesondere bei niedriger Primärenergie mit Hilfe bestimmter Gase (beispielsweise Sauerstoff oder sauer­ stoffhaltige Verbindungen) der Probenkontamination entgegenge­ wirkt werden, die bei niedriger Primärenergie ein Problem in der Rasterelektronenmikroskopie darstellt. (Eine wirkungsvolle Reinigung der Probe vor der Untersuchung in REMs kann erreicht werden, wenn in die Schleuse ein Hochfrequenzplasmareinigungs­ gerät integriert wird).

Eine weitere Verbesserung der Detektionseffizienz von Druck- REMs, bei denen die Detektion der Sekundärelektronen durch ei­ ne oder mehrere Druckstufenblenden hindurch stattfindet, er­ reicht man gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung durch die Vergrößerung des Anteils der Sekundärelektronen, die durch die Druckstufenblenden hindurch gelangen. Dieser Anteil kann vergrößert werden, indem mindestens eine Druckstufenblen­ de schichtweise aufgebaut wird aus zwei oder mehr leitfähigen Schichten mit dazwischenliegenden schlecht leitenden oder iso­ lierenden Schichten, so daß die Unterseite und die Oberseite der Druckstufenblende auf verschiedene Potentiale gelegt wer­ den können. Dadurch wird in der Bohrung der Druckstufenblende ein elektrisches Feld erzeugt, das den Transport der Sekundä­ relektronen verbessert. Gleichzeitig ermöglicht dieses in der Bohrung der Druckstufenblende erzeugte elektrische Feld auch die Verwendung einer größeren Bohrungslänge für die Druckstu­ fenblendenöffnung, so daß der Druck durch die Druckstufenblen­ de stärker verringert wird oder ein größerer Öffnungsdurchmes­ ser verwendet werden kann.

Die oben genannten ersten und zweiten Gesichtspunkte der Er­ findung können einzeln oder gemeinsam implementiert werden, um die oben aufgeführte Aufgabe zu lösen. In beiden Fällen wird die Beschleunigung von Sekundärelektronen aus einem probenna­ hen Bereich mit erhöhtem Druck hin zum Detektor in einen pro­ benfernen Bereich mit reduziertem Druck (Vakuum) unterstützt.

Bei den üblichen Sekundärelektronendetektoren mit hoher Nach­ weisempfindlichkeit löst jedes einzelne Sekundärelektron eine große Anzahl Photonen, Elektronen oder Elektron-Loch-Paare aus, die dann detektiert werden. Hierzu ist es erforderlich, daß den Sekundärelektronen vor dem Erreichen des Detektors oder (bei Channelplate und Channeltron) entlang der Detektoro­ berfläche Energie zugeführt wird. Zu diesem Zweck muß zwischen der Probe und dem Detektor bzw. (bei Channelplate und Channel­ tron) entlang der Detektoroberfläche eine große elektrische Spannung angelegt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht deshalb darin, daß die gesamte Detektoroberfläche oder Teile der De­ tektoroberfläche auf einem Potential liegen, das gegenüber dem Potential der Probe um mehr als 1000 V positiv ist. Die Ver­ wendung solcher Detektoren in der Probenkammer eines Druck- REMs, würde zu Überschlägen führen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Druck-REM eine kombinierte elektrostatische und magne­ tische Objektivlinse besitzt. Gegenüber einer rein elektrosta­ tischen Objektivlinse hat dies den Vorteil, daß das so ausge­ staltete Druck-REM auch bei den üblichen Primärenergien ober­ halb von 3 keV eingesetzt werden kann. Verglichen mit einer rein magnetischen Objektivlinse, ist eine kombinierte elek­ trostatische und magnetische Linse in Verbindung mit den mei­ sten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Druck-REMs wesentlich besser geeignet, da bei ihr durch die elektrostatische Linse den Sekundärelektronen Energie zugeführt und dadurch ihre mittlere freie Weglänge stark vergrößert wird. Insbesondere für die Untersuchung nichtmagnetischer Proben ergibt dabei die Ausführungsform mit einer Einpollinse als magnetischer Linse (EP 0790634 A1, DE 42 36 273 A1) eine besonders gute Auflösung. Bei Verzicht auf hohe Primärenergien ist auch die Ausführungs­ form mit einer rein elektrostatischen Objektivlinse (DE 37 03 029 A1) von Vorteil, die sich insbesondere durch ihren einfachen konstruktiven Aufbau und ihre einfache Herstellbar­ keit auszeichnet.

Die Realisierung der Erfindung ist nicht auf Druck-REMs be­ schränkt, sondern kann durch Umrüstung auch bei REMs erfolgen, die normalerweise mit evakuierter Probenkammer betrieben wer­ den. Die leichte Umrüstbarkeit zwischen den beiden Anwendungs­ fällen stellt einen Vorteil der Erfindung dar.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung werden aus den beibefügten Zeichnungen und ihrer Beschreibung er­ sichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung von Druckstufenblenden, Objektivlinse, Elektroden und Detektor für ein Druck-REM,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1, in dem die Druckstufen blenden dargestellt sind,

Fig. 3 analog zu Fig. 2 eine schematische Darstellung mit einer schichtweise aufgebauten Druckstufenblende,

Fig. 4 für einen etwas größeren Ausschnitt als in Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Varian­ te eines erfindungsgemäßen Druck-REMs, insbesondere mit einer modifizierten Befestigung der oberen Druckstufenblende,

Fig. 5 eine schematischen Darstellung eines etwas größeren Ausschnitts als in Fig. 2 für eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Druck-REMs mit einer schichtweise aufgebauten oberen Druckstufenblende, die zusätzliche Öffnungen für den Durchtritt von Sekundärelektronen aufweist,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispiels, das in Verbindung mit einer rein magnetischen Objektivlinse verwendet werden kann,

Fig. 7 eine Darstellung entsprechend Fig. 6, mit einer ande­ ren Schnittebene,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Erweiterung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 mit einem zusätzli­ chen oberen Detektor, und

Fig. 9 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 8 mit einer anderen Variante des zusätzlichen oberen Detektors.

Die Darstellungen in den Figuren beschränken sich auf die zum Verständnis der Erfindung wichtigen Komponenten im Bereich zwischen der Probe und dem Detektor. Die übrigen Teile eines Rasterelektronenmikroskops, zu denen beispielsweise Gehäuse­ wände, Vakuumpumpen, Vakuumleitungen, die Kathode, die Elek­ troden zur Strahlformung, die Kondensorlinse, die Aperturblen­ de, die Stigmatoren, die Alignment-Spulen und Steuereinrich­ tungen zählen, sind nicht dargestellt. So zeigt insbesondere Fig. 1 für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druck-REMs die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Bestandteile.

Der Primärelektronenstrahl gelangt längs der optischen Achse 79 von oben durch die Öffnung 77 des Detektors 74. Die zum Ab­ rastern der Probe 11 erforderliche Ablenkung des Primärelek­ tronenstrahles wird mit Hilfe der Ablenkspulen 59 erzeugt. Die Fokussierung des Primärelektronenstrahles geschieht mit Hilfe der von den Elektroden 44, 50 und 55 gebildeten elektrostati­ schen Linse und des von der magnetischen Linse 62 und/oder von der magnetischen Einpollinse 64 erzeugten Magnetfeldes. Einen weiteren Beitrag zur Fokussierung des Primärelektronenstrahles liefert das elektrische Feld zwischen der Elektrode 44 und der Elektrode 18. Es ist auch möglich, die magnetische Linse 62 mit zur optischen Achse hin geöffnetem Polschuhspalt oder die magnetische Einpollinse 64 wegzulassen.

Die Elektrode 55 liegt gegenüber den Elektroden 44 und 50 auf stark positivem Potential. Die Potentialdifferenz beträgt be­ vorzugt 1 bis 15 kV und kann beispielsweise 7 keV betragen. Bei geringer Primärenergie < 1 keV und einer zu großen Poten­ tialdifferenz zwischen den Elektroden 44 und 55 würde die elektrostatische Linse den Primärstrahl oberhalb der unteren Druckstufenblende 18 fokussieren. Die Elektroden 50 und 44 sind über die Isolierung 56 am Polschuh 58 zentriert. Die Elektrode 44 liegt gegenüber der Elektrode 18 auf positivem Potential mit einer bevorzugten Potentialdifferenz von 50 bis 2000 V. Die Elektrode 18, die über die Isolierung 60 befestigt ist, liegt gegenüber der Probe 11 auf positivem oder auf dem­ selben Potential. Die Größe der angelegten Spannungen wird weiter unten in Zusammenhang mit Fig. 2 besprochen.

Da die beiden Elektroden 18 und 44 eine elektrostatische Linse bilden, ist es für die Auflösung vorteilhaft, daß die kegel­ stumpfförmige Elektrode 18 während des Betriebes mit großer Genauigkeit in Bezug auf die optische Achse 79 zentriert wer­ den kann. Eine geeignete Möglichkeit hierfür besteht bei­ spielsweise in der Verwendung von Mikrometerschrauben und/oder geregelten Piezostellsystemen, deren Krafteinwirkungen F_x und F_y (in x- und y-Richtung) im dargestellten Ausführungsbeispiel die über den Umfang verteilten Rundstäbe 68 elastisch verfor­ men. Die Elektrode 44 muß nicht so genau zentrierbar sein wie die Elektrode 18, da die Äquipotentialflächen des elektrischen Feldes im Bereich der Öffnung 41 der Elektrode 44 nahezu eben sind.

Die Elektroden 18 und 44 sind gleichzeitig als Druckstufen­ blenden ausgebildet. Durch die Öffnung der Druckstufenblende 18 strömt Gas aus der Probenkammer nach oben in die Mikro­ skopsäule, das durch den Wellschlauch 63 und durch die Öffnung der Elektrode 55 abgepumpt wird, wie es die Pfeile andeuten. Die Abdichtung der zentrierbaren Druckstufenblende 18 gegen­ über dem äußeren Polschuh erfolgt durch den Simmerring 65.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführung können diejenigen Bauteile (18, 44, 50, 56, 60, 63, 65, 68, 69), die beim Be­ trieb mit Vakuum in der Probenkammer eine unnötige Begrenzung für das Blickfeld und den Arbeitsabstand darstellen, leicht ausgebaut werden, um das Druck-REM im Vakuumbetrieb ohne sie mit einer anderen Elektrode 50 zu betreiben. Zu diesem Zweck kann das Bauteil 69 von dem darüberliegenden Teil losge­ schraubt werden und ist die Isolierung 56 leicht demontierbar am Polschuh 58 befestigt. Weiterhin ist die Druckstufenblende 18 leicht auswechselbar, so daß je nach Anwendungsfall Druck­ stufenblenden mit unterschiedlich großen Öffnungen verwendet werden können.

Ein vergrößerter Ausschnitt aus Fig. 1 mit den Druckstufen­ blenden 18 und 44 und der Probe 11 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Die Elektrode 44 liegt gegenüber der Elektrode 18 auf positivem Potential, dessen Größe so gewählt ist, daß di­ rekt oberhalb und direkt unterhalb der Öffnung 41 etwa diesel­ be elektrische Feldstärke herrscht. Hierdurch wird erreicht, daß die Krümmung der Äquipotentialflächen im Bereich der Öff­ nung 41 möglichst schwach ist. Außerdem ist die obere Druck­ stufenblende 44 sehr dünn, um eine möglichst geringe Krümmung der Äquipotentialflächen in der Nähe der optischen Achse her­ vorzurufen. Ihre bevorzugte Dicke in der Nähe der optischen Achse ist kleiner als 300 µm und größer als 0,4 µm (z. B. 20 µm). Sie kann entweder aus Metall bestehen (beispielsweise als Dünnschichtblende, die bei Bedarf auch mit dem Primärelektro­ nenstrahl beheizt werden kann) oder kann durch Ätzen insbeson­ dere aus Halbleitermaterial (beispielsweise Silizium) herge­ stellt werden. Im letztgenannten Fall kann beim Ätzen entweder eine dünne Schicht des Halbleiters stehen gelassen werden oder nur eine Metallschicht übriggelassen werden, die vorher auf den Halbleiter aufgebracht wurde.

Die bevorzugte Größe der Öffnungen 16 und 41 der Druckstufen­ blenden in Fig. 2 ist abhängig vom gewünschten maximal zuläs­ sigen Druck in der Probenkammer, von der gewünschten kleinsten verwendbaren Primärenergie, von der Spannung und dem Abstand zwischen den Elektroden 18 und 44 und von der Güte des Vaku­ ums, das die Kathode (beispielsweise ein Schottky-Emitter) be­ nötigt. Der Durchmesser der Öffnung 16 der Druckstufenblende 18 kann beispielsweise 20 µm bis 500 µm betragen. Bei Verzicht auf die Eignung für niedrige Primärenergien oder bei Beschrän­ kung auf niedrige Drücke in der Probenkammer, kann die Größe der Öffnung 16 aber beispielsweise auch 1000 µm betragen. Der bevorzugte Durchmesser der Öffnung 41 kann beispielsweise 100 µm bis 2000 µm betragen. Er ist vorzugsweise mindestens so groß wie der Durchmesser der Öffnung 16.

Bei Verwendung von Halbleitermaterial für die Druckstufenblen­ de 18, kann sie gleichzeitig auch als Halbleiterdetektor für Rückstreuelektronen ausgestaltet werden. Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, daß die Unterseite 14 und der untere Bereich der Außenseite 15 der Druckstufenblende n-dotiert und mit einer dünnen Metallschicht bedampft werden, so daß sich ein Schottky-Kontakt ausbildet.

Der Primärelektronenstrahl tritt in Fig. 2 von oben durch die Öffnung 16 in die Probenkammer ein, durchquert das Gas in der Probenkammer und trifft auf die Probe 11, wo er Sekundärelek­ tronen und Rückstreuelektronen erzeugt. Die Sekundärelektronen haben einen großen Wirkungsquerschnitt für elastische Streu­ ung. Ihre Bewegungsrichtung wird deshalb, ähnlich wie bei ei­ nem Diffusionsvorgang, häufig umgelenkt und es besteht die Ge­ fahr, daß sie von der Probe absorbiert werden. Die Sekundäre­ lektronen werden deshalb mit Hilfe eines elektrischen Feldes zur Öffnung 16 gelenkt, das entweder nur aus dem Felddurch­ griff durch die Öffnung 16 besteht oder durch das zusätzliche Anlegen einer Spannung zwischen der Probe 11 und der Druckstu­ fenblende 18 erzeugt wird.

In Abhängigkeit vom Gas und Druck in der Probenkammer, Durch­ messer der Öffnung 16, Länge der Bohrungswandung 17, Kegelöff­ nungswinkel β und γ der inneren Kegelfläche 22 und Abstand zwi­ schen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 gibt es je­ weils eine optimale Spannung zwischen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18, für die die meisten Sekundärelektronen zum Detektor 74 gelangen. Diese Spannung kann zwischen null Volt und einigen hundert Volt liegen. Für kleine Abstände zwi­ schen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 kann der Feld­ durchgriff durch die Öffnung 16 der Druckstufenblende (in Ab­ hängigkeit von den oben genannten Parametern) ausreichend groß sein, um die Sekundärelektronen zur Öffnung 16 zu lenken. Dann können die Probe 11 und die Druckstufenblende 18 auf demselben Potential liegen.

Das Anlegen einer Spannung zwischen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 hat mehrere Auswirkungen: Es erzeugt ein stärkeres elektrisches Feld und verbessert dadurch den Trans­ port der Sekundärelektronen nach oben zur Druckstufenblende 18. Gleichzeitig verringert es die Durchwölbung der Äquipoten­ tialflächen nach unten innerhalb und direkt unterhalb der Öff­ nung 16, so daß die Sekundärelektronen in diesem Bereich weni­ ger stark zur optischen Achse 79 hin gelenkt werden. Anderer­ seits bewirkt es jedoch zusammen mit der kegelstumpfförmigen Elektrode 18, daß die Sekundärelektronen weiter unterhalb der Öffnung 16 zur optischen Achse 79 hin gelenkt werden.

Für eine nicht zu große Bohrungslänge der Öffnung 16 und klei­ ne Abstände zwischen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 (je nach Druck in der Probenkammer und Geometrie der Druckstu­ fenblende 18 beispielsweise für Abstände bis zum doppelten Durchmesser der Öffnung 16) gelangt ein Großteil der Sekundä­ relektronen auch durch die Öffnung 16, wenn die Spannung zwi­ schen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 so groß ge­ wählt wird, daß die Feldstärke nahe unterhalb der Öffnung 16 etwa gleich groß ist wie in der Öffnung 16. Hierdurch nehmen die Verzerrungen am Rand des Gesichtsfeldes ab, so daß das Ge­ sichtsfeld vergrößert werden kann. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung von Druckstufenblenden 18, deren innere Kegel­ fläche 22 einen großen Kegelöffnungswinkel β hat und bei denen die Länge der Bohrungswandung 17 klein ist im Verhältnis zum Durchmesser 16 der Öffnung. Eine andere Möglichkeit zur Ver­ größerung des Gesichtsfeldes besteht darin, daß die am Rande des Gesichtsfeldes auftretenden Verzerrungen nachträglich mit Hilfe eines Bildverarbeitungsprogrammes korrigiert werden.

Für größere Abstände (beispielsweise 1000 µm) und größere Spannungen (beispielsweise 200 V) zwischen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 erhält man eine Sekundärelektronen­ kaskade als zusätzliche Vorverstärkung. Bei der Verwendung ei­ ner ausreichend großen Druckstufenblendenöffnung 16 (< 200 µm) gelangen genug Sekundärelektronen in die Öffnung 16, um hier­ mit ebenfalls eine gute Detektionseffizienz zu erhalten.

Auch innerhalb der Öffnung 16 der Druckstufenblende ist für den Weitertransport der. Sekundärelektronen nach oben das elek­ trische Feld maßgeblich verantwortlich. Der elektrische Feld­ verlauf ist diesbezüglich um so günstiger, je kleiner die Län­ ge der Bohrung 16 im Vergleich zu ihrem Durchmesser ist. Inso­ fern wird eine Druckstufenblende 18 bevorzugt, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, die gar keine zylindermantelförmige Boh­ rungswandung 17 hat, sondern statt dessen nur eine scharfe In­ nenkante als Begrenzung zwischen der Unterseite 14 und der Oberseite 22 der Druckstufenblende aufweist.

Neben den elektrischen Feldern zwischen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 und innerhalb der Öffnung 16 ist auch das Magnetfeld, das durch die in Fig. 1 abgebildete Einpollinse 64 erzeugt wird, sehr hilfreich für den Transport der Sekundäre­ lektronen zur Öffnung 16 und durch die Öffnung 16 hindurch. Durch das Magnetfeld wird die senkrecht zur optischen Achse 79 stehende Bewegungskomponente der Sekundärelektronen mit Hilfe der Lorentzkraft auf eine Kreisbahn umgelenkt. Hierdurch wird erreicht, daß ein von der Probe emittiertes Sekundärelektron auf seinem Weg nach oben seinen Abstand von der optischen Ach­ se 79 zwischen zwei Stößen maximal um seinen doppelten Larmor­ radius vergrößern kann. Die niederenergetischen Sekundärelek­ tronen, deren Wirkungsquerschnitt für elastische Streuung be­ sonders hoch ist, haben dabei günstigerweise auch einen beson­ ders kleinen Larmorradius. Da sich die Sekundärelektronen we­ niger weit von der optischen Achse 79 entfernen können, gelan­ gen bei Verwendung einer Einpollinse mehr Sekundärelektronen durch die Öffnung 16 der Druckstufenblende als ohne Einpollin­ se.

In den Ausführungsbeispielen aus Fig. 2 bis 4 werden die Se­ kundärelektronen durch die Öffnung 41 einer weiteren Druckstu­ fenblende gelenkt, oberhalb deren ein gutes Vakuum herrscht, in dem Sekundärelektronen detektiert werden. Bei diesem Funk­ tionsprinzip ist es erforderlich, daß die Sekundärelektronen keine Stöße mehr ausführen, wenn sie auf die Öffnung 41 der oberen Druckstufenblende fokussiert werden. Dies wird durch die Abnahme des Druckes und die Zunahme der elektrischen Feldstär­ ke oberhalb der Öffnung der unteren Druckstufenblende 18 er­ reicht.

Oberhalb der Öffnung 16 der unteren Druckstufenblende 18 in Fig. 2 nimmt der Druck bis zur Öffnung 41 der oberen Druckstu­ fenblende 44 gegenüber dem Druck der Probenkammer um mehrere Zehnerpotenzen ab. Die Druckabnahme ist abhängig von der Größe der Öffnung 16 der unteren Druckstufenblende. Diese Druckab­ nahme nach oben hin bewirkt eine Zunahme der mittleren freien Weglänge der Sekundärelektronen. Gleichzeitig nimmt die elek­ trische Feldstärke oberhalb der Öffnung 16 aufgrund der koni­ schen Form der Elektrode 18 nach oben hin stark zu. Beides zu­ sammen führt dazu, daß die Geschwindigkeit, die die Sekundär­ elektronen zwischen zwei Stößen erreichen, oberhalb der Öff­ nung 16 stark zunimmt. Da außerdem auch mit zunehmender Ge­ schwindigkeit die mittlere freie Weglänge der Sekundärelektro­ nen zunimmt, werden die Sekundärelektronen oberhalb der Öff­ nung 16 innerhalb ihrer freien Weglänge so schnell (und nimmt dabei ihre mittlere freie Weglänge so stark zu), daß die Se­ kundärelektronen keine Stöße mehr ausführen.

Viele Sekundärelektronen haben ihren letzten Stoß also in ge­ ringer Entfernung oberhalb der Öffnung 16. Durch das elektri­ sche Feld zwischen den beiden Elektroden 18 und 44 werden sie anschließend auf die Öffnung 41 der oberen Druckstufenblende fokussiert. Bevorzugte Kegelöffnungswinkel β für die innere Ke­ gelfläche 22 sind 20° bis 75°. Auch unter der Nebenbedingung, daß die elektrische Feldstärke in der Öffnung 41 und direkt unterhalb der Öffnung 41 gleich groß ist, ist die Fokussierung der Sekundärelektronen auf die Öffnung 41 problemlos möglich. Sogar bei einer vorgegebenen Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 44 und 55 und bei vorgegebenen Kegelöffnungswinkeln β und γ wird die Fokussierung der Sekundärelektronen auf die Öffnung 41 erreicht, indem die Lage der Elektrode 44 geeignet gewählt wird: Wenn die Elektrode 50 etwas länger ausgeführt wird und dadurch die Elektrode 44 (mit entsprechend kleinerem Außendurchmesser) etwas weiter unten angeordnet ist, erhält man eine geringere elektrische Feldstärke in der Öffnung 41. Dementsprechend wird auch die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 18 und 44 so stark verringert, daß direkt unterhalb der Öffnung 41 wieder die gleiche Feldstärke herrscht wie in der Öffnung 41. Hierdurch erhält man eine schwächere Fokussie­ rung der Sekundärelektronen, während gleichzeitig auch noch die Wegstrecke verkürzt wird, auf der die Sekundärelektronen fokussiert werden. (Aufgrund der geringeren Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 18 und 50 kann diese Strecke noch wei­ ter verkürzt werden, indem der Abstand zwischen den beiden Elektroden verkleinert wird).

Es kann also durch die Anordnung der Elektrode 44 in geeigne­ ter Höhe immer erreicht werden, daß die Sekundärelektronen auf die Öffnung 41 fokussiert werden. (Nur für sehr große Kegel­ öffnungswinkel β ist dies nicht möglich.) Eine weitere Mög­ lichkeit, um die Feldstärke in der Öffnung 41 zu vergrößern und dementsprechend die Fokussierung der Sekundärelektronen zu verstärken, besteht darin, die Elektrode 44 in Fig. 2 mit der ebenen Fläche nach oben in die Öffnung der Elektrode 50 ein zu­ bauen.

Falls der Durchmesser der Öffnung 41 so klein gewählt wird, daß sich bei unterschiedlich großem Gasdruck in der Probenkam­ mer die etwas unterschiedliche Fokussierung der Sekundärelek­ tronen bemerkbar macht, besteht eine bevorzugte Ausführungs­ form darin, daß die Fokussierung der Sekundärelektronen auf die Öffnung 41 eingestellt werden kann. (Es ist dabei keine starke Veränderung der Fokussierung erforderlich.) Die Fokus­ sierung der Sekundärelektronen auf die Öffnung 41 wird bei­ spielsweise erreicht, wenn die Spannung zwischen den Elektro­ den 19 und 44 und proportional dazu auch die Spannung zwischen den Elektroden 44 und 55 verändert werden kann. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß eine der Druckstufenblenden 18 oder 44 höhenverstellbar (d. h. in ihrer Lage entlang der opti­ schen Achse verstellbar) ist. Eine weitere Möglichkeit zur Veränderung der Fokussierung ergibt sich bei der Verwendung einer nicht als Druckstufenblende wirkenden, zusätzlichen Elektrode mit größerem Öffnungsdurchmesser, die zwischen den Elektroden 18 und 44 angebracht und vorzugsweise über eine Isolierung an einer dieser beiden Elektroden befestigt und zentriert ist. Die Potentiale der Elektrode 18 und der zusätz­ lichen Elektrode können dann so verändert werden, daß die Äquipotentialflächen in der Öffnung 41 weiterhin eben bleiben, während die Fokussierung der Sekundärelektronen verändert wird. Die hier angesprochene einstellbare oder veränderliche Fokussierung der Elektronen ist insbesondere für große Druck­ stufenblendenöffnungen 16 wichtig.

Der weitere Weg der Sekundärelektronen oberhalb der Elektrode 44 wird im folgenden anhand von Fig. 1 erläutert. Die Sekundä­ relektronen werden durch das elektrische Feld zwischen den Elektroden 44 und 55 weiter beschleunigt und fliegen mit hoher kinetischer Energie zum Detektor 74. Durch die starke Abnahme des Gasdruckes innerhalb und oberhalb der Druckstufenblenden 18 und 44 wird erreicht, daß trotz des erhöhten Druckes in der Probenkammer am Ort des Detektors 74 ein hinreichend gutes Va­ kuum für den Einsatz von Detektoren mit hoher Nachweisempfind­ lichkeit vorhanden ist. Als Detektor 74 sind insbesondere Szin­ tillator-Lichtleiter-Kombinationen, Channelplates und Halblei­ terdetektoren mit einem Metall-Halbleiter-Übergang oder mit einem p-n-Übergang gut geeignet. Es können auch Szintillator- Photomultiplier-Kombinationen auf der Basis von Plastikszin­ tillatoren, YAG-Szintillatoren, YAP-Szintillatoren und dgl. verwendet werden. Bei Verwendung einer Channelplate ist es empfehlenswert, eine zusätzliche Liner-Elektrode für die Öff­ nung des Detektors vorzusehen, wie sie in DE 37 03 029 A1 ver­ wendet wird.

Fig. 3 zeigt für denselben Ausschnitt wie in Fig. 2 eine ande­ re Variante eines erfindungsgemäßen Druck-REMs zur Illustrati­ on des oben genannten zweiten Gesichtspunkts. Die obere Druck­ stufenblende in Fig. 3 ist schichtweise aufgebaut: Ihre Unter­ seite 39 und Oberseite 43 bestehen aus leitfähigen Materiali­ en, während in ihrem Inneren zumindest eine Schicht aus iso­ lierendem Material besteht. Die Kontaktierung der leitfähigen Schichten 39 und 43 liegt außerhalb des dargestellten Berei­ ches.

Die Potentiale der Elektroden 18, 39 und 43 werden so ge­ wählt, daß in den Öffnungen der Elektroden 39 und 43 und im Bereich 41 zwischen den Öffnungen der beiden Elektroden die­ selbe elektrische Feldstärke herrscht. Da die bevorzugte Dicke der Elektroden 39 und 43 in der Nähe der optischen Achse 79 sehr klein (≦ 100 µm) ist, sind die Äquipotentialflächen im Be­ reich der Öffnungen der Elektroden 39 und 43 und im Bereich 41 dazwischen nahezu eben. Der bevorzugte Abstand zwischen den Elektroden 39 und 43 beträgt 10 bis 1000 µm. Eine geeignete Möglichkeit zur Herstellung einer solchen, schichtweise aufge­ bauten Druckstufenblende mit sehr dünnen Elektroden 39 und 43 besteht beispielsweise darin, daß die Elektroden 39 und 43 Me­ tallbeschichtungen eines Isolators darstellen, zwischen denen der Isolator in einem Bereich um die optische Achse herum weg­ geätzt wurde. Die Öffnung der Elektrode 39 kann auch gleich­ groß oder größer sein als die Öffnung der Elektrode 43. Wei­ terhin kann auch die untere Druckstufenblende 18 schichtweise aufgebaut werden.

Fig. 4 zeigt für eine andere Variante eines erfindungsgemäßen Druck-REMs einen Ausschnitt mit den Druckstufenblenden. Der Unterschied gegenüber der Variante aus Fig. 2 besteht in der zusätzlichen Halterung 40 für die Druckstufenblende 44 und darin, daß die Elektrode 50 in Fig. 4 ohne die dazwischenlie­ gende Isolierung 56 als direkte Fortsetzung des Polschuhs 58 ausgeführt ist, so daß sie eine besonders gute Zentrierung in Bezug auf die optische Achse aufweist und geerdet ist. Bei dieser Variante ist die Elektrode 50 nicht demontierbar, wäh­ rend die Teile 13, 18, 40, 42 und 44 (und 60, 63, 65, 68 und 69 aus Fig. 1) für den Betrieb des Druck-REMs mit Vakuum in der Probenkammer entfernt werden können. Das nach der Entfer­ nung übrigbleibende REM für den Vakuumbetrieb entspricht, ab­ gesehen von der zusätzlichen Einpollinse, weitgehend den her­ kömmlichen Bauformen von REMs, wie sie beispielsweise von den Firmen "ICT" oder "LEO" angeboten werden.

Die als Federelement ausgeführte Halterung 40 hält die Druck­ stufenblende 44, die an der Bohrung der Elektrode 50 zentriert ist, in ihrer Lage. Es wäre auch möglich, als Halterung ein Federelement zu verwenden, das sich über eine Isolierung am darunterliegenden Bauteil 18 abstützt. Ferner könnte man die Druckstufenblende 18 auch an der entsprechend umgestalteten Außenkante der Elektrode 50 zentrieren. Es ist auch möglich, die obere Druckstufenblende 44, ihre Halterung 40 und das zu­ sätzliche Abpumpen durch den Wellschlauch 63 (siehe Fig. 1) wegzulassen. Es können dann bei gleichbleibendem Öffnungs­ durchmesser der verbleibenden Druckstufenblende 18 jedoch nur wesentlich kleinere Drücke in der Probenkammer verwendet wer­ den.

Beim Vakuumbetrieb mit den in Fig. 2 bis Fig. 4 dargestellten Aufbauten wird nahe oberhalb der Öffnung 16 ein erster Sekun­ därelektronen-Crossover erhalten, der durch das elektrische Feld zwischen den Elektroden 18 und 44 (bzw. 39) auf die Öff­ nung 41 abgebildet wird. Die Fokussierung der Sekundärelektro­ nen auf die Öffnung 41 wird dabei durch das Anlegen einer kleinen Spannung zwischen der Probe 11 und der Elektrode 18 und/oder durch eine der in Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebe­ nen Maßnahmen erreicht. Für den Vakuumbetrieb mit den in Fig. 2 bis 4 ausschnittsweise dargestellten Druck-REMs ist die Kom­ bination mit einem zusätzlichen oberen Detektor 91 aus Fig. 8 oder Fig. 9 vorteilhaft.

Während die Sekundärelektronen in den Ausführungsbeispielen aus Fig. 2 bis 4 auf die Öffnung 41 der oberen Druckstufen­ blende fokussiert werden, ist in Fig. 5 ein Ausführungsbei­ spiel dargestellt, bei dem die Sekundärelektronen nicht auf eine bestimmte Stelle fokussiert werden müssen. Dementspre­ chend können in Fig. 5 auch die für die Sekundärelektronen- Fokussierung maßgeblichen Parameter frei gewählt werden. Ein weiterer Vorteil der in Fig. 5 dargestellten Ausführung be­ steht darin, daß ein sehr großer Anteil der Sekundärelektronen zum Signal des Detektors beiträgt.

Der Weg des Primärelektronenstrahls durch die Öffnungen 41 und 16 zur Probe 11, die Spannung zwischen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18, der Weg der Sekundärelektronen von der Probe 11 zur Öffnung 16 und durch die Öffnung 16 hindurch, der positive Einfluß der Einpollinse 64 hierauf, die Größe der Öffnung 16, die Zunahme der elektrischen Feldstärke oberhalb der Öffnung 16 und die Druckabnahme oberhalb der Öffnung 16 sind dieselben wie in Fig. 2. Statt der dünnwandigen Druckstu­ fenblende 44 in Fig. 2 wird in Fig. 5 jedoch das dickwandige Bauteil 42 verwendet. Seine bevorzugte Dicke (Länge des Durch­ gangs 41) beträgt 0,4 mm bis 6 mm. Es ist schichtweise aus isolierenden und leitfähigen Schichten aufgebaut, die senk­ recht zur optischen Achse 79 verlaufen und in Fig. 5 durch die horizontale Schraffur des Bauteils 42 angedeutet sind. Die leitfähigen Schichten haben dabei eine bevorzugte Dicke von weniger als 200 µm, während die isolierenden Schichten auch dicker sein können. Das Bauteil 42 ist in die isolierende Hal­ terung 40 eingepaßt, die das Bauteil 42 an der Bohrung der Elektrode 50 zentriert. Die Oberseite des Bauteils 42 ist von der leitfähigen Schicht 43 bedeckt, die eine Elektrode bildet, die auf demselben Potential wie die Elektrode 50 liegt. Die Unterseiten des Bauteils 42 und der Halterung 40 sind von der leitfähigen Schicht 39 bedeckt. Sie bildet eine Elektrode, die gegenüber der Elektrode 43 auf negativem Potential liegt. Das Bauteil 42 hat einen mittleren Durchgang 41 um die optische Achse 79 herum und zusätzlich noch mehrere Durchgänge 36 über den Umfang verteilt.

Die Oberfläche der Durchgänge 36 und 41 ist mit einer schlecht leitfähigen Schicht bedeckt, deren elektrische Parameter bei­ spielsweise denen einer schlecht leitfähigen Schicht entspre­ chen, wie sie in einem Channeltron oder einer Channelplate verwendet wird. Die schlecht leitfähige Schicht in den Durch­ gängen 36 und 41 hat einen Gesamtwiderstand, der entlang der optischen Achse gleichmäßig verteilt ist. (Um eine gleichmäßi­ ge Verteilung des Widerstandes längs der optischen Achse zu erreichen, kann auch eine zusätzliche schlecht leitfähige Schicht an der Grenzfläche zum Bauteil 40 auf dem Bauteil 42 aufgebracht sein). Dadurch entsteht zwischen den Elektroden 39 und 43, mit denen die schlecht leitfähige Schicht kontaktiert ist, ein homogenes elektrisches Feld in den Durch­ gängen 36 und 41. Der schichtweise Aufbau des Bauteils 42 aus abwechselnd dünnen isolierenden und leitfähigen Schichten ergibt auch bei einer etwas ungleichmäßigen Verteilung der schlecht leitfähi­ gen Schicht im Durchgang 41 ein rotationssymmetrisches elek­ trisches Feld, so daß eine gute Auflösung erreicht wird.

Die Größe der Spannung zwischen den Elektroden 50 und 55 wurde in Zusammenhang mit Fig. 1 besprochen. Die Spannung zwischen den Elektroden 39 und 43 ist so groß, daß die elektrische Feldstärke innerhalb des Durchgangs 41 gleichgroß ist wie di­ rekt oberhalb des Durchgangs 41. Die Spannung zwischen den Elektroden 25 und 39 ist so groß, daß die elektrische Feld­ stärke direkt unterhalb des Durchgangs 41 gleichgroß ist wie innerhalb des Durchgangs 41. Die Druckstufenblende 18 liegt auf demselben Potential wie die Elektrode 25 und ist leicht demontierbar an der Elektrode 25 befestigt. Eine bevorzugte Ausgestaltung des Aufbaus aus Fig. 5 besteht darin, daß die Druckstufenblende 18 gewechselt werden kann, ohne daß die Pro­ benkammer belüftet wird. Eine entsprechende Vorrichtung zum Auswechseln der Druckstufenblende (nicht dargestellt) kann beispielsweise am Rand des Probentisches angebracht sein.

Die langgestreckten schmalen Durchgänge 36 und 41 stellen ei­ nen großen Strömungswiderstand für das Gas dar, das sich un­ terhalb des Bauteils 42 befindet. Dieser Strömungswiderstand ist um mehr als eine Größenordnung höher als der Strömungswi­ derstand beim Abpumpen durch die in Fig. 1 dargestellte Elek­ trode 55. Der bevorzugte Durchmesser des Durchgangs 41 beträgt 100 bis 2000 µm. Der bevorzugte Durchmesser der Durchgänge 36 ist kleiner als der bevorzugte Durchmesser des Durchgangs 41. Die Durchgänge 36 weiten sich nach unten hin auf, so daß auf der Unterseite des Bauteils 42 nur schmale Stege zwischen den Durchgängen 36 übrig bleiben. Hierdurch wird der Anteil der Sekundärelektronen, die in die Durchgänge 36 gelangen, vergrößert.

Die Sekundärelektronen gelangen in Fig. 5 (je nach Fokussie­ rung der Sekundärelektronen) in den Durchgang 41 und/oder in die Durchgänge 36. Wenn ein Sekundärelektron auf die schlecht leitfähige Schicht an der Oberfläche eines Durchgangs trifft, erzeugt es dort mit hoher Wahrscheinlichkeit mindestens ein Sekundärelektron (wie in einem Channeltron oder einer Channel­ plate) und liefert dadurch einen Beitrag zum Signal des Detek­ tors.

Mit dem in Fig. 5 dargestellten Aufbau ist auch der Betrieb mit Vakuum oder sehr geringem Druck in der Probenkammer mög­ lich. Wenn die untere Druckstufenblende 18 entfernt wird, wird hiermit auch bei großem Abstand (< 5 mm) zwischen der Probe 11 und der Elektrode 25 eine gute Auflösung und eine gute De­ tektionseffizienz erreicht. Die Spannung zwischen den Elektro­ den 25 und 39 ist dabei so groß, daß die elektrische Feldstär­ ke direkt unterhalb des Durchgangs 41 gleichgroß ist wie in­ nerhalb des Durchgangs 41. Ein sehr großes Gesichtsfeld erhält man hiermit bei Verwendung eines Doppelablenkelementes, wenn das Rasterzentrum nahe oberhalb oder in den Durchgang 41 ge­ legt wird.

Eine besonders vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltung des in Fig. 5 dargestellten Aufbaus besteht darin, daß das Bauteil 42 sehr nahe an der unteren Druckstufenblende 18 angeordnet wird (mit einem bevorzugten Abstand von weniger als 2 mm zur Druckstufenblende 18). Hierbei wird auf die Durchgänge 36 ver­ zichtet und der Durchgang 41, das Bauteil 42, die Isolierung 40 und die leitfähige Schicht 39 verjüngen sich kegelförmig nach unten hin. Für nicht zu kleine Vergrößerungen (≧ ca. 1000fach) ergibt diese Variante in Verbindung mit der Einpollinse 64 eine sehr gute Detektionseffizienz. Für kleine Vergrößerun­ gen wird die Einpollinse 64 ausgeschaltet.

In den Ausführungsbeispielen aus Fig. 1 bis Fig. 5 ist eine kombinierte elektrostatische und magnetische Objektivlinse vorgesehen.

Im Gegensatz dazu zeigen Fig. 6 und Fig. 7 ein Ausführungsbei­ spiel, bei dem eine rein magnetische Objektivlinse bevorzugt wird. Fig. 6 und Fig. 7 stellen denselben Aufbau in zwei ver­ schiedenen Schnitten dar. Der Schnitt in Fig. 6 geht durch die Öffnung 35 und das Rohr 31. Der Schnitt in Fig. 7 geht hinge­ gen durch die Öffnung 38 und das Rohr 32. Die Rohre 31 und 32 sind einander benachbart. Der in Fig. 6 und 7 dargestellte, weitgehend rotationssymmetrische Aufbau, der mehrere Drückstu­ fenblenden und einen Detektor enthält, wird unterhalb der Ob­ jektivlinse 61 angebracht. Im dargestellten Ausführungsbei­ spiel hat das Bauteil 37 (Druckreduzierer) eine ungerade An­ zahl konisch geformter Durchgänge 36 (Druckreduzierungskanä­ le), deren Öffnungen 29 die untere Stirnseite des Bauteils 37 bedecken. Zwischen den Öffnungen 29 bleiben von der unteren Stirnseite des Bauteils 37 nur schmale Stege übrig. Längs ei­ nes solchen Steges verläuft der Schnitt durch das Bauteil 37 in der linken Hälfte von Fig. 6.

Die bevorzugte Größe der Druckstufenblendenöffnungen 16 und 41 ist abhängig vom gewünschten maximal zulässigen Druck in der Probenkammer, von der gewünschten kleinsten verwendbaren Pri­ märenergie und von der Güte des Vakuums, das die Kathode benö­ tigt. Es ist möglich, oberhalb der Druckstufenblende 44 weite­ re Druckstufenblenden einzufügen und die entstehenden Zwi­ schenräume zu evakuieren. Die bevorzugten Durchmesser der Öff­ nungen 16 und 41 sind dieselben wie in Fig. 2, wobei die Öff­ nung 41 aber auch kleiner sein kann als die Öffnung 16.

Der Weg des Primärelektronenstrahls durch die Öffnungen 41 und 16 zur Probe 11, die Spannung zwischen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 und die Bewegung der Sekundärelektronen von der Probe 11 zur Öffnung 16 und durch die Öffnung 16 hin­ durch sind in Fig. 6 dieselben wie in Fig. 2. Das elektrische Feld zwischen den Druckstufenblenden entspricht hingegen nur in einem Bereich nahe oberhalb der Öffnung 16 dem elektrischen Feld in Fig. 2. Es wird in Fig. 6 durch die Potentialdifferen­ zen der Elektroden 18, 24, 28 und 44 erzeugt und lenkt die Se­ kundärelektronen zu den Öffnungen 29. Mit dem dargestellten Aufbau ist nicht nur der Betrieb mit Gas in der Probenkammer, sondern auch der Betrieb mit Vakuum in der Probenkammer mög­ lich.

Die Elektrode 28 besteht aus einer leitfähigen Schicht, die auf der Oberfläche des isolierenden Bauteils 37 aufgebracht ist. Sie liegt gegenüber der Elektrode 18 auf positivem Poten­ tial. Die bevorzugte Potentialdifferenz, die von der geometri­ schen Anordnung der Elektroden 18, 24, 28 und 44 und von der Größe der Öffnung 16 abhängig ist, beträgt 30 bis 1000 V.

Die Elektrode 24 ist vorzugsweise als dünne Metallschicht auf dem Isolator 21 aufgebracht, der ebenfalls als Beschichtung auf der Elektrode 18 aufgebracht sein kann. Um störende Aufla­ dungen an freiliegenden Oberflächen der Isolatoren 21, 37, 53 und 57 zu verhindern, können sie mit einer schlecht leitfähi­ gen Beschichtung versehen werden. Das Potential der Elektrode 24 liegt zwischen den Potentialen der Elektroden 18 und 28. Durch das elektrische Feld der Elektrode 24 wird der Anteil der Sekundärelektronen vergrößert, die zu den Öffnungen 29 ge­ langen. Die Elektrode 24 und der Isolator 21 können aber auch weggelassen werden, um den Aufbau zu vereinfachen.

Die Elektrode 44 liegt gegenüber der Elektrode 28 auf negati­ vem oder demselben Potential mit einer bevorzugten Potential­ differenz bis zu mehreren hundert Volt. Die Verwendung dessel­ ben Potentials hat den Vorteil, daß eine Ausführung als ge­ meinsames Bauteil möglich ist, während die dargestellte Aus­ führung in zwei getrennten Bauteilen den Vorteil hat, daß ein größerer Anteil der Sekundärelektronen zu den Öffnungen 29 ge­ langt. Die Kontaktierung der Elektrode 44 erfolgt in Fig. 6 über einen isolierten Draht 34, der in der schmalen Wand zwi­ schen zwei Durchgängen 36 in einer Bohrung durch das Bauteil 37 geführt ist. An der Stelle, wo der Draht die Elektrode 44 kontaktiert, hat die Isolierung 45 eine Aussparung.

Gegenüber der geerdeten Objektivlinse 61 und dem Bauteil 54 ist die Elektrode 44 durch die Isolierungen 49 und 53 isoliert und bildet mit dem Bauteil 54 eine schwache elektrostatische Linse. Dies hat den Vorteil, daß die Probe 11 geerdet sein kann. Einen einfacheren Aufbau erhält man hingegen, wenn die Isolierung 49 weggelassen wird und die Elektrode 44 zusammen mit dem Bauteil 54 als ein gemeinsames Bauteil ausgeführt wird.

Das durch die Öffnung 16 aus der Probenkammer einströmende Gas wird durch die seitliche Öffnung 35 abgepumpt. Wie in Fig. 2 findet auch in Fig. 6 eine starke Druckabnahme oberhalb der Öffnung 16 und eine Zunahme der mittleren freien Weglänge der Sekundärelektronen statt, so daß viele Sekundärelektronen ih­ ren letzten Stoß in geringer Entfernung oberhalb der Öffnung 16 haben. Die elektrische Feldstärke oberhalb der Druckstufen­ blende 18 kann bei der Gestaltung gemäß den Fig. 6 und 7 in breiten Bereichen frei gewählt werden. Sie kann wesentlich ge­ ringer als bei der Gestaltung gemäß den Fig. 2 bis 5 sein und ist mindestens so hoch, daß die Sekundärelektronen zur Er­ zielung einer anwendungsabhängig genügenden Detektionseffizi­ enz gut durch die Druckstufenblendenöffnung 16 hindurchgelan­ gen.

In Fig. 7 ist die Funktion des Bauteils 37 zu erkennen: Es be­ wirkt, daß der Druck beim Detektor 51 um mehrere Größenordnun­ gen geringer ist als der Druck unterhalb der Öffnungen 29. Die Druckdifferenz kommt dadurch zustande, daß die langgestreckten schmalen Durchgänge 36 einen großen Strömungswiderstand für das Gas darstellen und daß der Raum oberhalb des Bauteils 37, in den die Durchgänge 36 münden, durch die seitlichen Öffnun­ gen 38 und 52 evakuiert wird. Dieselbe Wirkung kann beispiels­ weise auch mit zylindrisch geformten Durchgängen 36 erreicht werden. Bei gleicher Größe der Öffnungen 29 ist dann aller­ dings eine größere Baulänge erforderlich, um denselben Strö­ mungswiderstand zu erreichen. Wenn große Druckstufenblenden­ öffnungen 16 verwendet werden sollen, ist eine besonders große Druckdifferenz erforderlich. Diese erreicht man, indem die Durchgänge 36 beispielsweise auf halber Höhe zusätzliche seit­ liche Öffnungen erhalten, durch die mit einer zusätzlichen differentiellen Pumpstufe abgepumpt wird.

In dem isolierenden Bauteil 37 ist die Oberfläche der Durch­ gänge 36 wie in Fig. 5 mit einer schlecht leitfähigen Schicht bedeckt. Auf Grund der Spannung zwischen den Elektroden 28 und 46, mit denen die schlecht leitfähige Schicht kontaktiert ist, entstehen ein Spannungsabfall und ein elektrisches Feld längs der Durchgänge 36. Der Verlauf des elektrischen Feldes längs der Durchgänge 36 wird durch das äußere elektrische Feld, so­ wie durch den Verlauf der spezifischen Leitfähigkeit, der Schichtdicke und des Umfangs der schlecht leitfähigen Schicht bestimmt. Es ist günstig, wenn die Feldstärke überall längs der Durchgänge 36 möglichst hoch ist, aber unterhalb des (ortsabhängigen) Grenzwertes liegt, ab dem Überschläge auftre­ ten. Die konisch geformten Durchgänge 36 sind in dieser Hin­ sicht vorteilhaft: Die Zunahme der elektrischen Feldstärke, die durch den nach oben hin abnehmende Umfang der schlecht leitfähigen Schicht bewirkt wird, paßt zur Zunahme der Durch­ schlagsfestigkeit auf Grund des nach oben hin abnehmenden Gas­ druckes. Eine weitere Möglichkeit, um den optimalen Verlauf des elektrischen Feldes längs der Durchgänge 36 zu erreichen, besteht darin, die spezifische Leitfähigkeit oder die Schicht­ dicke der schlecht leitfähigen Schicht längs der Durchgänge 36 zu variieren.

Nachdem die Sekundärelektronen die unteren Öffnungen 29 der Durchgänge 36 erreicht haben, werden sie durch das elektrische Feld in den Durchgängen 36 zu den oberen Öffnungen 47 der Durchgänge 36 geleitet. Sekundärelektronen, die auf die schlecht leitfähige Schicht treffen, erzeugen dort mit hoher Wahrscheinlichkeit ein oder mehrere Sekundärelektronen und tragen somit auch zum Signal des Detektors bei. Dadurch, daß die Äquipotentialflächen in den Durchgängen 36 in Richtung zu den unteren Öffnungen 29 hin durchgewölbt sind, werden Sekun­ därelektronen mit geringer kinetischer Energie von den Wänden der Durchgänge 36 weggelenkt.

Oberhalb der Öffnungen 47 herrscht ein starkes elektrisches Feld, das die Sekundärelektronen zum Detektor 51 beschleunigt, wo sie detektiert werden. Die bevorzugte Spannung zwischen der Elektrode 46 und dem Detektor 51, der über einen isolierten Draht kontaktiert ist, beträgt 1 bis 10 kV. Als Detektor 51 kann beispielsweise ein Halbleiterdetektor oder ein Szintilla­ tor verwendet werden. Bei Verwendung eines Szintillators ist das isolierende Bauteil 57 ein Lichtleiter. Das isolierende Bauteil 57 wird mit dem darunterliegenden restlichen Aufbau durch einige, über den Umfang verteilte Halteklammern 48 zu­ sammengehalten.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des in Fig. 6 und 7 dargestell­ ten Aufbaus besteht darin, daß er unter der Objektivlinse 61 angebracht und entfernt werden kann, ohne daß die Probenkammer belüftet wird, indem er von einer Flanschöffnung aus bewegt wird. Der Aufbau ist gegenüber der Flanschöffnung mit einem Faltenbalg abgedichtet und wird beim Betrieb mit Vakuum in der Probenkammer soweit zurückgezogen, daß er nicht stört.

In Fig. 1 werden nur diejenigen Sekundärelektronen detektiert, die beim Erreichen des Detektors 74 einen ausreichend großen Abstand von der optischen Achse 79 haben, um nicht durch die Öffnung 77 des Detektors zu fliegen. Die restlichen Sekundäre­ lektronen fliegen durch die Öffnung 77 des Detektors. Um die Detektionseffizienz des Druck-REMs zu erhöhen, werden in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 8 auch diese Sekundärelektronen 86 detektiert. Hierzu wird ein zusätzlicher oberer Detektor 91 verwendet, der nahe unterhalb der Aperturblende 94 angebracht ist. Die Elektrode 55 ist nach oben hin bis über die Aper­ turblende verlängert, und die Aperturblende 94 und der Detek­ tor 91 liegen auf dem Potential der Elektrode 55. Aufgrund der kleinen Baugröße ist beispielsweise die Verwendung eines Halb­ leiterdetektors (mit nachgeschaltetem Optokoppler) als oberem Detektor 91 vorteilhaft.

Der untere Detektor 74 und die Aperturblende 94 werden gleich­ zeitig auch als Druckstufenblenden verwendet. Zwischen den Druckstufenblenden 44, 74 und 94 und oberhalb der Druckstufen­ blende 94 wird durch die Öffnungen 73, 76 und 98 abgepumpt, wie es die Pfeile andeuten. Für die Verwendung der Aper­ turblende 94 als Druckstufenblende ist ein elektromagnetischer Aperturblendenwechsler vorteilhaft, weil die Aperturblende dann nicht beweglich zu sein braucht.

Fig. 9 zeigt eine andere Variante eines erfindungsgemäßen Druck-REMs mit zusätzlichem oberen Detektor 91, der hier als Kombination mit der Aperturblende 94 ausgeführt ist. Eine be­ vorzugte Ausführungsform besteht in der Verwendung von Halb­ leitermaterial für das kombinierte Bauteil, wobei das Halblei­ termaterial im Bereich um die optische Achse 79 herum bis auf eine geringe Dicke (< 100 µm) weggeätzt sein kann, so daß die Aperturblendenöffnungen nur eine geringe Länge haben. Von oben ist eine Metallbeschichtung aufgebracht, die als Aperturblende 94 wirkt und von unten ist das kombinierte Bauteil als Halb­ leiterdetektor 91 ausgebildet. Für den mit der Aperturblende 94 kombinierten oberen Detektor 91 besteht eine bevorzugte Ausführungsform darin, daß oberhalb der Aperturblende 94 Ul­ trahochvakuum herrscht, damit die Aperturblende nicht beheizt zu werden braucht.

In Fig. 9 wird der von der Kathode 99 emittierte Primärelek­ tronenstrahl mit Hilfe eines elektromagnetischen Aperturblen­ denwechslers durch die gewünschte Öffnung der Aperturblende 94 gefädelt. Unterhalb des Detektors 91 wird der Primärelek­ tronenstrahl 82 durch die Magnetfelder 83 und 80 wieder auf die optische Achse gelenkt. Der anschließende Weg ist für die Primärelektronen und die Sekundärelektronen derselbe wie in Fig. 1. Bei dem in Fig. 9 dargestellten Aufbau werden auch die Sekundärelektronen 85 (und Rückstreuelektronen mit geringen Energieverlusten), die längs der optischen Achse durch die Öffnung 77 des unteren Detektors fliegen, durch die Magnetfel­ der 80 und 83 von der optischen Achse abgelenkt und zum oberen Detektor 91 geleitet.

Der in Fig. 8 und 9 dargestellte zusätzliche obere Detektor 91 kann mit den Ausführungsbeispielen aus Fig. 2 bis Fig. 5 kom­ biniert werden, sowie mit jedem Korpuskularstrahlgerät, bei dem der primäre Korpuskularstrahl nahe am Rand des Detektors 74 vorbeifliegt (beispielsweise durch eine Öffnung 77 des De­ tektors) und bei dem zwischen der Probe 11 und dem Detektor 74 ein elektrisches Feld vorhanden ist, das die Sekundärkorpus­ keln in Richtung zum Detektor 74 beschleunigt. Die Detektion der Sekundärelektronen bzw. Sekundärkorpuskeln, die am Rand des unteren Detektors 74 vorbei geflogen sind (beispielsweise durch eine Öffnung 77 des Detektors), bewirkt sowohl beim Be­ trieb mit Gas in der Probenkammer als auch beim Vakuumbetrieb eine Erhöhung der Detektionseffizienz.

Beim Betrieb mit Vakuum in der Probenkammer bewirkt der zu­ sätzliche obere Detektor 91 eine starke Verbesserung der De­ tektionseffizienz, wenn die Sekundärelektronen unter ungünsti­ gen Betriebsbedingungen auf die Öffnung 77 des unteren Detek­ tors fokussiert werden. Weiterhin macht sich die Verbesserung der Detektionseffizienz für die Bildmitte von Bildern mit niedriger Vergrößerung positiv bemerkbar. Bei der Aufnahme von Bildern mit dem unteren Detektor 74 fällt bei niedriger Ver­ größerung nämlich ein dunkler Bereich in der Mitte des Bildes auf, der dadurch zustande kommt, daß bei den achsnahen Proben­ stellen mehr Sekundärelektronen durch die Öffnung 77 des unte­ ren Detektors fliegen als bei den achsfernen Probenstellen. Dieser nachteilige Effekt entfällt, wenn man zum Signal des unteren Detektors 74 das Signal des oberen Detektors 91 hinzu­ addiert, das von den Sekundärelektronen stammt, die durch die Öffnung 77 des unteren Detektors geflogen sind. Außerdem bringt der zusätzliche obere Detektor 91 im Vakuumbetrieb ein sehr wertvolles zusätzliches Signal. Es wird insbesondere durch diejenigen Sekundärelektronen erzeugt, die von der Probe unter kleinen Winkeln zur optischen Achse emittiert werden und deshalb vom unteren Detektor 74 nicht detektiert werden kön­ nen, sondern durch seine Öffnung 77 fliegen. Sie sind für die Untersuchung tiefer Löcher und stark zerklüfteter Strukturen erforderlich, für die der zusätzliche obere Detektor in idea­ ler Weise geeignet ist. Da er von allen Probenstellen nur die Sekundärelektronen erfaßt, die unter kleinen Winkeln zur opti­ schen Achse emittiert werden, erscheint der Boden eines tiefen Loches ähnlich hell wie erhabene Probenstellen. Um im Vakuum­ betrieb Sekundärelektronen mit unterschiedlich großen Start­ winkeln getrennt nachzuweisen, kann der Detektor 91 in mehrere teilchensensitive Bereiche aufgeteilt sein, die beispielsweise konzentrisch zur optischen Achse angeordnet sein können. Die­ selben Vorteile erhält man auch bei der Verwendung des zusätz­ lichen oberen Detektors in einem Korpuskularstrahlgerät.

Für große Abstände zwischen der Probe 11 und der Druckstufen­ blende 18 findet bei Verwendung einer kleinen Druckstufenblen­ denöffnung 16 für die in Fig. 1 bis Fig. 9 dargestellten er­ findungsgemäßen Druck-REMs eine Verschlechterung der Auflösung und der Detektionseffizienz statt. Dies kann aber durch die Kombination mit anderen Detektoren, die für große Arbeitsab­ stände gut geeignet sind, weitgehend vermieden werden: Das elektrische Feld zwischen den Elektroden 18 und 44 (bzw. 18 und 39 in Fig. 3 und 5) bildet eine elektrostatische Linse, die bei großem Abstand zur Probe 11 eine Auflösungsverschlech­ terung bewirkt. Dies kann vermieden werden, indem die elek­ trostatische Linse beim Betrieb mit großem Arbeitsabstand aus­ geschaltet und rein magnetisch fokussiert wird. Hierzu werden die Elektroden 18, 25, 44 (bzw. 39 und 43 in Fig. 3 und 5), 50 und 55 (bzw. 24 und 28 in Fig. 6 und 7) alle auf dasselbe Po­ tential gelegt. Für den Betrieb mit Gas in der Probenkammer wird dann ein Kollektorelektroden-Detektor (WO 88/09564 A1, WO 90/04261 A1) und für den Betrieb mit Vakuum in der Proben­ kammer ein seitlich angeordneter Everhardt-Thornley-Detektor verwendet. Als Kollektorelektrode wird die Druckstufenblende 18 und/oder eine demgegenüber isolierte Kollektorelektrode 13, wie sie beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist, verwendet. Mit dem Kollektorelektroden-Detektor, für den bei dem großen Abstand zwischen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 günstige Betriebsbedingungen herrschen, wird dann immerhin dasselbe Signal-zu-Rausch-Verhältnis erreicht wie bei den heu­ te bekannten Druck-REMs.

Das rein magnetische Fokussieren, bei dem die Elektrode 55 auf ein erdnahes Potential (< 1000 V) gelegt wird, ist für Pri­ märenergien ≧ ca. 5 keV auch bei Verwendung einer Feldemissi­ onskathode oder eines Schottky-Emitters ohne wesentliche Auf­ lösungseinbußen möglich (weil die Extraktionselektrode nur bei Primärenergien < ca. 5 keV auf einem stark positivem Potential liegt). Beim Betrieb mit Gas in der Probenkammer macht sich diese Beschränkung auf hohe Primärenergien gar nicht bemerk­ bar, weil bei einem typischen Gasdruck von beispielsweise 10 hPa für größere Abstände zwischen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 sowieso nur Primärenergien < 5 keV in Frage kommen.

Dadurch, daß bei großen Arbeitsabständen die elektrostatische Linse oberhalb der Druckstufenblende 18 ausgeschaltet wird, findet neben der Auflösungsverbesserung auch eine Erweiterung des Gesichtsfeldes statt, da die Verzerrungen am Rand des Ge­ sichtsfeldes verschwinden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Druck-REMs, die bei großem Abstand zwischen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 eine starke Vergrö­ ßerung des Gesichtsfeldes bewirkt, besteht darin, daß statt der Ablenkspulen 59 ein Doppelablenkelement verwendet wird. Hiermit kann die Lage des Rasterzentrums auf der optischen Achse frei gewählt werden. Das größtmögliche Gesichtsfeld wird dabei erreicht, wenn um einen Punkt zwischen den beiden Druck­ stufenblenden 18 und 44 gerastert wird, dessen Lage auf der optischen Achse 79 so gewählt ist, daß das Gesichtsfeld sowohl von der unteren Druckstufenblende 18 als auch von der da rüber­ liegenden Druckstufenblende 44 begrenzt wird.

Für Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Druck-REMs, die bei hohem Druck in der Probenkammer (≧ 100 hPa) oder bei gerin­ gen Primärenergien (< 2 keV bei beispielsweise 10 hPa) arbei­ ten, entstehen Einschränkungen für den Arbeitsabstand und das Gesichtsfeld dadurch, daß hierfür kleine Abstände (< 300 µm) zwischen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 und ein kleiner Durchmesser (< 300 µm) der Öffnung 16 zwingend notwen­ dig sind.

Berührungen zwischen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 beim Bewegen des Probentisches können beim Betrieb mit Gas in der Probenkammer für leitfähige Proben trotzdem sicher vermie­ den werden. Hierzu wird eine Spannung zwischen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 angelegt und sind Schutzwider­ stände eingebaut, so daß Gasentladungen zwischen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 zugelassen werden können und als Warnzeichen für einen kleinen Abstand zwischen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 verwendet werden können. Eine an­ dere Methode, mit der Berührungen auch zwischen nichtleitenden Proben 11 und der Druckstufenblende 18 nach Vermessung der Probentopographie sicher vermieden werden können, wird nach­ folgend beschrieben.

Die Einschränkung des Gesichtsfeldes durch die Druckstufen­ blendenöffnung 16 kann durch die nachfolgend beschriebenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Druck-REMs kompensiert werden. Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht in der Kombina­ tion mit einem computergesteuerten Probentisch und einer Bild­ verarbeitung, die es ermöglicht, mehrere elektronen­ mikroskopische Einzelbilder zu einem größeren Gesamtbild zu­ sammenzusetzen. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung besteht in der Integration eines Auflichtmikroskopes oder eines konfo­ kalen Lasermikroskopes in die Probenkammer. Hiermit wird vor der Untersuchung mit dem Elektronenstrahl von der bereits auf dem Probentisch montierten Probe ein Übersichtsbild aufgenom­ men und vom Computer gespeichert. Bei großen Proben kann das Übersichtsbild aus mehreren Einzelbildern zusammengesetzt sein. In diesem Bild können mit Hilfe des Computers Stellen markiert werden, die dann von dem computergesteuerten Proben­ tisch für die rasterelektronenmikroskopische Untersuchung an­ gefahren werden. Solche lichtmikroskopischen Übersichtsbilder machen rasterelektrodenmikroskopische Übersichtsbilder im Druck-REM weitgehend überflüssig.

Wenn mit dem Auflichtmikroskop oder dem konfokalen Lasermikro­ skop gleichzeitig auch noch die Probentopographie vermessen und vom Computer gespeichert wird, dann kann bei der nachfol­ genden Untersuchung mit dem Elektronenstrahl auch der Arbeits­ abstand vom Computer ohne zusätzliche Abstandskontrolle ein­ gestellt werden und können beim Bewegen des Probentisches Be­ rührungen zwischen der Probe 11 und der Druckstufenblende 18 sicher vermieden werden.

Claims (12)

1. Rasterelektronenmikroskop mit einem Strahlerzeuger und einer Probenkammer, zwischen denen eine oder mehrere Druckstu­ fenblenden angeordnet sind, durch deren Öffnungen ein Primäre­ lektronenstrahl auf eine Probe in der Probenkammer lenkbar ist, wobei die der Probe nächste, unterste Druckstufenblende (18), durch die der Primärelektronenstrahl auf die Probe trifft, dazu eingerichtet ist, einen erhöhten Druck in der Probenkammer gegenüber der übrigen Mikroskopsäule des Rastere­ lektronenmikroskops abzuschirmen und durch ihre Öffnung (16) Sekundärelektronen oder Rückstreuelektronen von der Probe zu mindestens einem Detektor durchzulassen, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der untersten Druckstufenblende (18) mindestens eine Elektrode (24, 43, 44, 50, 55) angeordnet ist, die gegenüber der Druckstufenblende (18) auf positivem Potential liegt und dazu eingerichtet ist, die Sekundärelektronen oder Rückstreue­ lektronen von der Probe hin zum Detektor (51, 74, 91) zu be­ schleunigen, der ein hochempfindlicher, gegenüber der Probe positiv vorgespannter Detektor ist.

2. Rasterelektronenmikroskop mit einem Strahlerzeuger und einer Probenkammer, zwischen denen eine oder mehrere Druckstu­ fenblenden angeordnet sind, durch deren Öffnungen ein Primäre­ lektronenstrahl auf eine Probe in der Probenkammer lenkbar ist, von denen die unterste Druckstufenblende (18) dazu einge­ richtet ist, einen erhöhten Druck in der Probenkammer gegen­ über der übrigen Mikroskopsäule des Rasterelektronenmikroskops abzuschirmen, insbesondere Rasterelektronenmikroskop nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rasterelektronenmikroskop zur Detektion der Sekundärelek­ tronen durch die Öffnung mindestens einer Druckstufenblende eingerichtet ist, die schichtweise aus mindestens zwei leitfä­ higen, voneinander elektrisch isolierten Schichten (28, 39, 43, 46) aufgebaut ist, wobei die leitfähigen Schichten derart mit Potentialen beaufschlagbar sind, daß die Unter- und Ober­ seite der jeweiligen Druckstufenblende eine Potentialdifferenz besitzen.

3. Rasterelektronenmikroskop gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Druckstufenblende (18) und/oder die darüberliegenden Elektroden (24, 28, 39, 43, 44, 50, 55) eine oder mehrere elektrostatische Linsen bilden, die zur Fokussierung des Pri­ märelektronenstrahls im elektrischen Feld zwischen der Druck­ stufenblende (18) und der darüberliegenden Elektrode (44 bzw. 39) bzw. zwischen den darüberliegenden Elektroden (24, 28, 39, 43, 44, 50, 55) eingerichtet sind.

4. Rasterelektronenmikroskop gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Elektroden (24, 28, 39, 43, 44, 50, 55) konzentrisch zur optischen Achse des Rasterelektronenmikroskops angeordnet sind.

5. Rasterelektronenmikroskop gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche des Detektors (51, 75, 91) zumindest in Teilbereichen auf einem Potential liegt, das ge­ genüber dem Potential der Probe um mehr als 1000 V positiv ist.

6. Rasterelektronenmikroskop gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine kombinierte elektrostatische und ma­ gnetische Objektivlinse vorgesehen ist.

7. Rasterelektronenmikroskop gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine oder mehrere Elektroden (39, 44) ober­ halb der Druckstufenblende (18) weitere Druckstufenblenden bilden, wobei Pumpeinrichtungen zur Erzeugung von Unterdrücken in den Zwischenräumen zwischen den Druckstufenblenden vorgese­ hen sind.

8. Rasterelektronenmikroskop gemäß Anspruch 7, bei dem die als Druckstufenblenden gestalteten Elektroden Öffnungen besit­ zen, die eine charakteristische Dimension von weniger als 1500 µm besitzen.

9. Rasterelektronenmikroskop gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Komponentenaufbau vorgesehen ist, wobei die zum Mikroskopbetrieb bei erhöhtem Druck in der Probenkam­ mer erforderlichen Bauteile (13, 18, 21, 24, 28, 31, 32, 34, 37, 39, 40, 42-46, 48, 49, 51, 53, 54, 57, 60, 63, 65, 68, 69) eine oder mehrere leicht demontierbare Baugruppen in der Pro­ benkammer bilden.

10. Rasterelektronenmikroskop gemäß Anspruch 1, bei dem ein erster Detektor (74) mit seinem äußeren Rand oder einer inne­ ren Öffnung (77) an den Primärelektronenstrahl angrenzend an­ geordnet und ein zweiter Detektor (91) vorgesehen ist, der in Bezug auf die Bewegungsrichtung der Sekundärelektronen oder Rückstreuelektronen hinter dem Rand bzw. der Öffnung des er­ sten Detektors (74) positioniert und zur Detektion von Sekun­ därelektronen (85, 86) oder Rückstreuelektronen eingerichtet ist, die sich am Rand vorbei- oder durch eine Öffnung (77) hindurchbewegen.

11. Rasterelektronenmikroskop gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Aperturblende (94) als Kombination mit einem Sekundärelektronendetektor (91) ausgeführt ist.

12. Rasterelektronenmikroskop gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem ein Magnetfeld (80) einstellbar ist, das simultan den Pri­ märelektronenstrahl (82) nach Durchtritt durch eine Aper­ turblendenöffnung auf die optische Achse (79) und die Sekundä­ relektronen (85) von der optischen Achse (79) zum Detektor ab­ lenkt.