DE19953300A1 - Instrument for detecting charged particles; has high energy particle detector that deflects low energy particles to low energy particle detector using negatively biased casing - Google Patents
Instrument for detecting charged particles; has high energy particle detector that deflects low energy particles to low energy particle detector using negatively biased casingInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Instrument zum Detektieren von geladenen Teil chen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an instrument for detecting charged parts chen according to the preamble of claim 1.
Es sind verschiedene Instrumente bekannt, die sich zum Ableiten der Ei genschaften einer Probe auf die Emission geladener Teilchen von der Probe stüt zen. Beispiele solcher Instrumente sind ein Elektronenmikroskop (z. B. ein Raster elektronenmikroskop "SEM") und ein fokussiertes Ionenstrahlmikroskop, die einen geladenen Teilchenstrom auf die Probe richten, sowie ein Massenspektrometer, das verschiedene wohlbekannte Einrichtungen zum Erzeugen der Emission der geladenen Teilchen von der Probe verwendet.Various instruments are known that are used to derive the egg properties of a sample based on the emission of charged particles from the sample Zen. Examples of such instruments are an electron microscope (e.g. a grid electron microscope "SEM") and a focused ion beam microscope, the one direct the charged particle stream onto the sample, as well as a mass spectrometer, that various well-known devices for generating the emission of the charged particles used by the sample.
Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich beispielhaft auf ein SEM, sind jedoch ohne weiteres auch auf andere Instrumente wie etwa auf die obener wähnten anwendbar und übertragbar.The following explanations refer to an SEM as an example, are, however, readily applicable to other instruments such as those above mentioned applicable and transferable.
Ein SEM arbeitet in der Weise, daß es einen Primärabtastelektronenstrahl erzeugt, der auf eine Probe auftrifft, von der eine Oberfläche abgebildet werden soll. Im Ergebnis werden von der Probenoberfläche Rückstreu- und Sekundär elektronen emittiert, deren jeweilige Trajektorien entlang des (als Axialrichtung bezeichneten) Strahls liegen und unter Winkeln von ihm divergieren. Die emittier ten Elektronen werden von einem in der Nähe der Probenoberfläche angeordne ten Detektor gesammelt. Der Detektor erzeugt ein Signal von der während des Bestrahlens mit dem Elektronenstrahl gesammelten Elektronenemission von der Probenoberfläche. Das Signal von dem Detektor wird verwendet, um ein Bild der Oberfläche auf einem Videobildschirm anzuzeigen.An SEM works in such a way that it has a primary scanning electron beam generated that strikes a sample from which a surface is imaged should. As a result, backscatter and secondary become from the sample surface emitted electrons, their respective trajectories along the (as the axial direction designated) beam and diverge at angles from it. The emitter ten electrons are placed by one near the sample surface th detector collected. The detector generates a signal from during the Irradiation with the electron beam collected electron emission from the Sample surface. The signal from the detector is used to take an image of the Display surface on a video screen.
Eine typische Anordnung der Hauptkomponenten eines SEMs ist sche matisch in Fig. 6 gezeigt. Die Elektronenquelle 2 erzeugt einen Elektronenstrahl 3, der durch aufeinander ausgerichtete Öffnungen an den gegenüberliegenden En den des Rohrs 4 auf die Probe 5 gerichtet ist. Der Detektor 6 sammelt die von der Probe 5 emittierten Elektronen. Der Strahl 3 wird durch die Stigmator-Spulen 7, durch die Ausrichtspulen 9, durch die Abtastspulen 11a und 11b und durch die Linse 13 gesteuert. Die Funktion dieser Komponenten ist wohlbekannt. Kurz ge sagt, dienen die Stigmator-Spulen 7 zur Korrektur der Form des Strahls. Die Aus richtspulen 9 dienen zum Ausrichten des Strahls auf das Rohr 4. Die Abtastspulen 11a bzw. 11b lenken den Elektronenstrahl 3 in einer zur Strahlrichtung senkrech ten Ebene in zwei Richtungen, wie etwa in einer x-Richtung und in einer y-Rich tung, ab. SEMs können jede dieser Komponenten mehr als einmal enthalten.A typical arrangement of the main components of an SEM is shown schematically in FIG. 6. The electron source 2 generates an electron beam 3 , which is directed through aligned openings at the opposite ends of the tube 4 to the sample 5 . The detector 6 collects the electrons emitted by the sample 5 . The beam 3 is controlled by the stigmator coils 7 , by the alignment coils 9 , by the scanning coils 11 a and 11 b and by the lens 13 . The function of these components is well known. In short, the stigmator coils 7 are used to correct the shape of the beam. From the directional coils 9 are used to align the beam on the tube 4th The scanning coils 11 a and 11 b deflect the electron beam 3 in a plane perpendicular to the beam direction in two directions, such as in an x direction and in a y direction. SEMs can contain each of these components more than once.
Die Linse 13 dient dazu, den Elektronenstrahl zum Ermöglichen einer hochauflösenden Abbildung auf einen sehr kleinen Fleck zu fokussieren. Wie wohlbekannt ist, kann die Linse 13 eine magnetische oder eine elektrostatische Linse oder eine Kombination beider sein. Genauer kann die Linse 13 eine Immer sionslinse sein, die, wie schematisch in Fig. 6 gezeigt ist, einen ringförmigen, ka nalförmigen magnetischen Polschuh mit einem Linseninnenpol 15, einem Linsen außenpol 17 und einer Wicklungsspule 19 in dem Kanal enthält.The lens 13 serves to focus the electron beam onto a very small spot to enable high-resolution imaging. As is well known, lens 13 may be a magnetic or an electrostatic lens, or a combination of both. More specifically, the lens 13 may be an always-on lens which, as shown schematically in FIG. 6, contains an annular, channel-shaped magnetic pole piece with a lens inner pole 15 , a lens outer pole 17 and a winding coil 19 in the channel.
Wegen seiner hohen Auflösung und Abbildungsgenauigkeit besitzt ein SEM viele Anwendungen. Die Abbildung wird durch Erfassen eines Signals wie etwa der Elektronenemission von der Probe ausgeführt. Die in SEMs verwendeten Detektoren umfassen Halbleiter, Szintillatoren, Mikrokanalplatten, Mikrosphären platten und Gasionendetektoren. Diese Detektoren können sowohl Rückstreu- als auch Sekundärelektronen sammeln (wobei dieser Begriff hier synonym mit detek tieren, lesen, abtasten verwendet wird), wobei ihr Ausgangssignal eine zusam mengefaßte Angabe beider liefert. Für bestimmte Anwendungen ist es jedoch nützlich, gleichzeitig getrennte Angaben der Rückstreuelektronen und der Sekun därelektronen zu erhalten.Because of its high resolution and imaging accuracy, SEM many applications. The mapping is done by capturing a signal like such as electron emission from the sample. The used in SEMs Detectors include semiconductors, scintillators, microchannel plates, microspheres plates and gas ion detectors. These detectors can both backscatter and also collect secondary electrons (although this term is synonymous with detek animals, reading, scanning is used), with their output signal together quantitative specification of both supplies. However, for certain applications it is useful, at the same time separate information about the backscatter electrons and the seconds to get darons.
US 5 493 116 offenbart eine Anordnung zum gleichzeitigen Erhalten ge trennter Angaben der Rückstreuelektronen und der Sekundärelektronen. Über der Probenoberfläche befinden sich ein oberer und ein unterer Detektor, wobei eine Geometrie verwendet wird, die eine räumliche Filterwirkung erzeugt, so daß der untere Detektor im wesentlichen die Sekundärelektronen liest, während der obere Detektor im wesentlichen die Rückstreuelektronen liest. Zu dieser räumlichen Filterwirkung kommt eine Energiefilterwirkung hinzu, die verhindert, daß die Sekundärelektronen den oberen Detektor erreichen. Genauer ist die untere Ober fläche des oberen Detektors negativ um etwa -300 V vorgespannt, so daß die nie derenergetischen Sekundärelektronen von dem oberen Detektor abgestoßen werden, während die hochenergetischen Rückstreuelektronen im wesentlichen unbeeinflußt bleiben. Die Energie der Rückstreuelektronen kann gleich der Ener gie des Elektronenstrahls sein, während die Sekundärelektronen eine wesentlich niedrigere Energie haben. Falls die Energie des Elektronenstrahls z. B. 1000 eV beträgt, sind die Sekundärelektronen gemäß der herkömmlichen Definition jene Elektronen, deren Energie unter 50 eV liegt, während Rückstreuelektronen jene sind, deren Energie über 50 eV bis zu 1000 eV liegt.US 5 493 116 discloses an arrangement for simultaneous obtaining separate information on the backscattered electrons and the secondary electrons. Above the The sample surface has an upper and a lower detector, with one Geometry is used that creates a spatial filter effect, so that the lower detector essentially reads the secondary electrons while the upper one Detector essentially reads the backscattered electrons. To this spatial Filter effect is an energy filter effect, which prevents the Secondary electrons reach the upper detector. The lower upper is more precise surface of the upper detector negatively biased by about -300 V, so that the never whose secondary energetic electrons are repelled by the upper detector be while the high energy backscattered electrons essentially remain unaffected. The energy of the backscattered electrons can equal that of the ener gie of the electron beam, while the secondary electrons are an essential have lower energy. If the energy of the electron beam z. B. 1000 eV is, the secondary electrons are those according to the conventional definition Electrons whose energy is below 50 eV, while backscattered electrons those are whose energy is over 50 eV up to 1000 eV.
Obgleich diese Anordnung erfolgreich verhindert, daß die Sekundärelek tronen den oberen Detektor erreichen, besitzt sie mehrere Nachteile. Wenn z. B. die Sekundärelektronen von dem oberen Detektor, dem RSE-Detektor, nach unten abgestoßen werden, gehen sie "verloren", da die aktive Fläche des unteren Detektors, des SE-Detektors, nach unten zeigt und sie nicht sammeln kann. Da die Geometrie außerdem so beschaffen ist, daß der obere Detektor unter einem beträchtlichen Abstand von der Probe entfernt oben im Rohr angeordnet ist, kann er einen signifikanten Prozentsatz der Rückstreuelektronen nicht sammeln. Ferner werden bei dieser Geometrie und/oder bei anderen bekannten Geometrien auch die axial bzw. achsnah (z. B. innerhalb 10° der Strahlachse) liegenden Sekundär elektronen nicht gesammelt.Although this arrangement successfully prevents the secondary elec trons reach the upper detector, it has several disadvantages. If e.g. B. the secondary electrons from the top detector, the RSE detector, down are repelled, they are "lost" because the active area of the bottom Detector, the SE detector, points downwards and cannot collect them. There the geometry is also such that the upper detector under one can be located a considerable distance from the sample at the top of the tube he did not collect a significant percentage of the backscattered electrons. Further are also with this geometry and / or with other known geometries the secondary lying axially or axially (e.g. within 10 ° of the beam axis) electrons not collected.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Instrument nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das ermöglicht, durch Bereitstellen einer Zweimodus- Erfassungsfähigkeit für geladene Teilchen gleichzeitig getrennte Angaben der hö herenergetischen geladenen Teilchen und der niederenergetischen geladenen Teilchen zu erhalten.The object of the invention is an instrument according to the preamble of To create claim 1 that enables by providing a two-mode Ability to record charged particles at the same time separate information on the height energetically charged particles and the low-energy charged particles To get particles.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des An spruchs 1 gelöst.This task is performed according to the characteristic part of the To spell 1 solved.
Hierdurch lassen sich nicht nur höherenergetische und niederenergetische geladene Teilchen unabhängig und gleichzeitig detektieren, sondern es ist auch möglich, das Sammeln aller emittierten geladenen Teilchen zu maximieren, die Anzahl der gesammelten niederenergetischen geladenen Teilchen ohne Vermin dern der Anzahl der gesammelten höherenergetischen geladenen Teilchen zu maximieren, geladene Teilchen zu sammeln, die bei einer Zwei-Modus-Elektro nendetektion andernfalls verlorengehen würden, und das Sammeln der emittierten geladenen Teilchen mit axialen und achsnahen Trajektorien zu maximieren.This allows not only higher-energy and lower-energy ones Detect charged particles independently and simultaneously, but it is also possible to maximize the collection of all emitted charged particles that Number of collected low-energy charged particles without min the number of higher energy charged particles collected maximize collecting charged particles at a two-mode electro detection would otherwise be lost, and the collection of the emitted maximize charged particles with axial and near-axis trajectories.
Ein Instrument, das von einer Probe emittierte höherenergetische und niederenergetische geladene Teilchen detektiert, umfaßt einen Detektor für hö here Energie, der die höherenergetischen geladenen Teilchen detektiert, und ei nen Detektor für niedrigere Energie, der die niederenergetischen geladenen Teil chen detektiert. Eine Ablenkeinrichtung ist so beschaffen, daß sie die niederener getischen geladenen Teilchen zu dem Detektor für niedrigere Energie ablenkt, während der Detektor für niedrigere Energie so beschaffen ist, daß er die abge lenkten niederenergetischen geladenen Teilchen detektiert.An instrument that emits higher energy and a sample detected low energy charged particles, includes a detector for high here energy, which detects the higher energetic charged particles, and ei NEN lower energy detector, the low energy charged part Chen detected. A deflection device is designed so that it the lower deflects charged particles to the lower energy detector, while the lower energy detector is such that it detects the deflected low-energy charged particles.
Der Detektor für höhere Energie kann so beschaffen sein, daß er die nie derenergetischen geladenen Teilchen zu dem Detektor für niedrigere Energie ab lenkt, während der Detektor für niedrigere Energie so beschaffen sein kann, daß er die abgelenkten niederenergetischen geladenen Teilchen detektiert.The higher energy detector can be designed to never their energetic charged particles to the lower energy detector directs, while the lower energy detector can be such that it detects the deflected low-energy charged particles.
Der Detektor für höhere Energie kann eine Einrichtung enthalten, die die niederenergetischen geladenen Teilchen zu dem Detektor für niedrigere Energie ablenkt, wobei der Detektor für niedrigere Energie auf die Ablenkeinrichtung aus gerichtet sein kann.The higher energy detector may include a device that low energy charged particles to the lower energy detector deflects the lower energy detector toward the deflector can be directed.
Die niederenergetischen geladenen Teilchen können in neu emittierte geladene Teilchen umgesetzt werden, die auf den Detektor für niedrigere Energie ausgerichtet sind, während der Detektor für niedrigere Energie in der Weise aus gerichtet sein kann, daß er die neu emittierten geladenen Teilchen sammelt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschrei bung und den Unteransprüchen zu entnehmen.The low energy charged particles can be re-emitted charged particles are implemented on the detector for lower energy are aligned while looking for lower energy in the way can be directed that it collects the newly emitted charged particles. Further embodiments of the invention are described below exercise and the subclaims.
Die Endung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildun gen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The ending is shown below with reference to the attached figures gene illustrated embodiments explained in more detail.
Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt eines SEMs mit einem Instrument, das einen Sekundärelektronendetektor und einen Detektor für Rückstreu elektronen umfaßt; Fig. 1 is a schematic cross section of an SEM with an instrument comprising a secondary electron detector and a detector for backscattering electrons;
Fig. 2A, 2B zeigen weitere Ausführungsformen des Instruments; Figs. 2A, 2B show other embodiments of the instrument;
Fig. 3 bis 5 zeigen jeweils weitere Ausführungsformen des Instruments; FIGS. 3 to 5 each show further embodiments of the instrument;
Fig. 6 zeigt ein bekanntes SEM. Fig. 6 shows a prior art SEM.
Fig. 1 sowie die nachfolgenden Figuren identifizieren die Komponenten des SEMs, die mit Ausnahme der Detektoren, die für jede Ausführungsform ein zeln bezeichnet sind, die gleichen Komponenten sind, wie sie in Fig. 6 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. In Fig. 1 ist eine Anordnung zweier De tektoren in der Nähe der Probe 5 gezeigt. Der Begriff "Detektoreinheit", wie er hier verwendet wird, umfaßt einen Detektor, d. h. die aktive Vorrichtung, die wie die zuvor aufgelisteten Vorrichtungen die Elektronen sammelt, und sein Gehäuse. Die Vorderseite des Gehäuses ist zum Belichten des Detektors offen. Der Rest des Gehäuses ist typischerweise geschlossen. Der Detektor und das Gehäuse sind voneinander isoliert. Bekannt ist es, daß das Gehäuse normalerweise geerdet ist, während der Detektor für einen Rückstrahlungsdetektor ("RSE"-Detektor) negativ und für einen Sekundärelektronendetektor ("SE"-Detektor) positiv vorgespannt ist. Die aktive Fläche der Detektoreinheit liegt an der Vorderseite des Gehäuses. Fig. 1 and the following figures identify the components of the SEM, which, with the exception of the detectors, which are individually referred to for each embodiment, are the same components as are designated in Fig. 6 with the same reference numerals. In Fig. 1, an arrangement of two detectors in the vicinity of the sample 5 is shown. The term "detector unit" as used herein encompasses a detector, ie the active device, which, like the devices listed above, collects the electrons and its housing. The front of the housing is open to expose the detector. The rest of the case is typically closed. The detector and the housing are isolated from each other. It is known that the housing is normally grounded while the detector is biased negative for a retroreflective detector ("RSE" detector) and positive for a secondary electron detector ("SE" detector). The active area of the detector unit is on the front of the housing.
Insbesondere zeigt Fig. 1 eine Anordnung, bei der die planaren Detek toreinheiten Rücken an Rücken liegen. Der Detektor 20 ist ein RSE-Detektor, während der Detektor 22 ein SE-Detektor ist. Die Vorderseite 20a des RSE-De tektors 20 zeigt nach unten zu der Probe 5, während die Vorderseite 22a des SE- Detektors 22 nach oben zu der Elektronenquelle 2 zeigt. Über dem SE-Detektor 22 liegt eine Ablenkeinrichtung 24.In particular, Fig. 1 shows an arrangement in which the planar detector units are back to back. The detector 20 is an RSE detector, while the detector 22 is an SE detector. The front 20 a of the RSE detector 20 points down to the sample 5 , while the front 22 a of the SE detector 22 points up to the electron source 2 . A deflection device 24 lies above the SE detector 22 .
Wenn die Rückstreuelektronen von der Probe 5 emittiert werden, werden diejenigen, die innerhalb eines Akzeptanzwinkels außeraxial liegen, durch den RSE-Detektor 20 gesammelt. Die axialen und achsnahen Sekundärelektronen werden von der Ablenkeinrichtung 24 abgestoßen und somit zum SE-Detektor 22 gelenkt. When the backscattered electrons are emitted from the sample 5 , those that are off-axis within an acceptance angle are collected by the RSE detector 20 . The axial and near-axis secondary electrons are repelled by the deflection device 24 and thus directed to the SE detector 22 .
Die Detektoren 20 und 22 sind zusammen mit der Ablenkeinrichtung 24 in der Nähe der Probe 5 auf den unteren Teil des SEMs ausgerichtet. Die Lokalisie rung dieser Bauteile ist in bestimmtem Umfang durch Gehäusebetrachtungen be stimmt, da sie in dem in einem zuvor konstruierten SEM noch zur Verfügung ste henden Raum untergebracht werden müssen. Weitere Betrachtungen können die Sammeleffizienz und die Art der interessierenden Elektronen betreffen. Zum Bei spiel sollte der Innendurchmesser der Ablenkeinrichtung 24 so nah wie möglich bei dem Durchmesser des Strahls 3 liegen, ohne jedoch den Strahl zu stören. Bei dieser Anordnung werden zum Maximieren der Sammlung von Sekundärelektro nen durch die Ablenkeinrichtung 24 sogar achsnahe Elektronen zum Detektor 22 abgestoßen. Die Innendurchmesser der zwischen der Probe 5 und der Ablenkein richtung 24 liegenden Detektoren 20 und 22 sollten andererseits verhältnismäßig größer als der der Ablenkeinrichtung 24 sein, um zu ermöglichen, daß axiale und achsnahe Elektronen (die zusammen als "nahezu axial" bezeichnet werden) die Nähe der Ablenkeinrichtung 24 erreichen, so daß sie zum Detektor 22 gelenkt werden können. Außerdem sollte die aktive Fläche des Detektors 20 groß genug bemessen sein, um einen ausreichenden Akzeptanzraumwinkel zu schaffen. Au ßerdem können diese Komponenten auch höher in dem Rohr angeordnet werden. Für einige Anwendungen wird z. B. eine Anordnung bevorzugt, bei der es wün schenswert ist, mehr nahezu axiale Elektronen zu sammeln.The detectors 20 and 22 are aligned with the deflector 24 near the sample 5 to the lower part of the SEM. The localization of these components is determined to a certain extent by housing considerations, since they have to be accommodated in the space still available in a previously constructed SEM. Further considerations can concern the collection efficiency and the type of electrons of interest. For example, the inner diameter of the deflector 24 should be as close as possible to the diameter of the beam 3 , but without disturbing the beam. In this arrangement, to maximize the collection of secondary electrons by the deflector 24, even near-axis electrons are repelled to the detector 22 . The inside diameter of the detectors 20 and 22 located between the sample 5 and the deflection device 24 , on the other hand, should be relatively larger than that of the deflection device 24 , in order to allow near-axis and near-axis electrons (collectively referred to as "nearly axial") to be close reach the deflector 24 so that they can be directed to the detector 22 . In addition, the active area of the detector 20 should be dimensioned large enough to create a sufficient acceptance solid angle. In addition, these components can also be arranged higher in the pipe. For some applications, e.g. B. preferred an arrangement in which it is desirable to collect more nearly axial electrons.
Die Ablenkeinrichtung 24 ist in der Zeichnung als planar gezeigt. Dies dient jedoch lediglich zur Vereinfachung der Darstellung der Erfindung in der Zeichnung. Tatsächlich kann die Ablenkeinrichtung 24 beliebig geformt sein und eine beliebige mit einem Spannungspotential beaufschlagte leitende Oberfläche sein. Die Form ist wegen der Sammeleffizienz in einer wohlbekannten Weise op timiert. Die Spannung an der Ablenkeinrichtung 24 kann eingestellt werden und wird in der Weise angepaßt, daß das Sammeln optimiert wird. Die Detektoren 20 und 22 sind ebenfalls planar gezeigt, wobei sie jedoch kompakt, mehrteilig, ko nisch oder sphärisch sein können oder irgendeine andere Form besitzen können. Die Gehäuse der Detektoren 20 und 22 stehen in der Darstellung im Kontakt mit einander. Jedoch können sie ebenfalls voneinander beabstandet sein.The deflection device 24 is shown in the drawing as planar. However, this only serves to simplify the illustration of the invention in the drawing. In fact, the deflector 24 can be of any shape and can be any conductive surface that is charged with a voltage potential. The shape is optimized in a well known manner because of the collection efficiency. The voltage on the deflector 24 can be adjusted and is adjusted so that the collection is optimized. The detectors 20 and 22 are also shown planar, but they may be compact, multi-part, ko nical, spherical, or any other shape. The housings of the detectors 20 and 22 are in contact with one another in the illustration. However, they can also be spaced apart.
Eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung besteht darin, die Ablenkeinrichtung 24, die die Sekundärelektronen ablenkt, gegen ein Konvertie rungstarget auszutauschen, das die Sekundärelektronen anzieht, so daß sie auf seine Oberfläche auftreffen. Das Konvertierungstarget besteht aus einem Material mit einer niedrigen Elektronen-Austrittsarbeit (d. h. der Energie, die erforderlich ist, um die am wenigsten fest gebundenen Elektronen abzulösen) oder ist mit einem solchen Material beschichtet. Solche Materialien sind dem Fachmann auf dem Gebiet wohlbekannt, so daß keine Einzelheiten erforderlich sind. Das Konvertie rungstarget ist geerdet oder mit einem Potential (z. B. mit der gleichen Spannung wie das Rohr) vorgespannt, das die geladenen Teilchen (z. B. die Elektronen) zum Target hin beschleunigt. Im Ergebnis des folgenden Aufpralls werden von der Oberfläche des Konvertierungstargets neue Sekundär- und Rückstreuelektronen emittiert, wobei diese durch die Potentialdifferenz zwischen dem Konvertie rungstarget und dem Detektor zum Detektor 22 abgelenkt werden. Die Wirkung des Ablenkens der neu emittierten Elektronen kann durch zwischen dem Konver tierungstarget und dem Detektor liegende Beschleunigungsvorrichtungen erhöht werden, die, wie ein Gitter oder ein Rohr, sämtlich wohlbekannt sind. Es wird an gemerkt, daß ein gesondertes Konstruktionselement für das Konvertierungstarget in Fig. 1 nicht genauer gezeigt ist, da es lediglich an die Stelle der Ablenkeinrich tung 24 treten würde.A modification of the arrangement shown in Fig. 1 is to replace the deflection device 24 which deflects the secondary electrons with a conversion target which attracts the secondary electrons so that they strike its surface. The conversion target is made of or is coated with a material with a low electron work function (ie the energy required to release the least firmly bound electrons). Such materials are well known to those skilled in the art so that no details are required. The conversion target is grounded or biased with a potential (e.g. with the same voltage as the tube) that accelerates the charged particles (e.g. the electrons) towards the target. As a result of the following impact, new secondary and backscattered electrons are emitted from the surface of the conversion target, these being deflected by the potential difference between the conversion target and the detector to the detector 22 . The effect of deflecting the newly emitted electrons can be enhanced by accelerators located between the conversion target and the detector, all of which are well known, such as a grid or a tube. It should be noted that a separate construction element for the conversion target is not shown in more detail in FIG. 1, since it would only take the place of the deflection device 24 .
Wie im Kontext klar ist, bezieht sich der Begriff "Innendurchmesser" nicht nur auf die Abmessung, sondern auch auf die Konstruktion, die diese Abmessung definiert.As is clear in the context, the term "inner diameter" does not refer to only on the dimension, but also on the construction that this dimension Are defined.
Der Innendurchmesser der Ablenkeinrichtung 24 ist kleiner als der der Detektoren 20 und 22. Tatsächlich sollte der Innendurchmesser der Ablenkein richtung 24 so klein wie möglich sein, jedoch weiter ermöglichen, daß der Strahl 3 ohne Störung die Probe 5 erreicht. Diese Bemessung ermöglicht, daß die Ablenk einrichtung 24 die Maximalzahl an axialen Sekundärelektronen zum SE-Detektor 22 lenkt. Außerdem sollte die aktive Fläche des SE-Detektors 22 groß genug sein, um die Maximalzahl der mittels der Ablenkeinrichtung 24 zu ihm gelenkten Se kundärelektronen zu sammeln. Ähnlich sollte die aktive Fläche des RSE-Detektors 20 so groß wie möglich sein, um die Maximalzahl der von der Probe 5 zu ihm emittierten Rückstreuelektronen zu sammeln.The inner diameter of the deflection device 24 is smaller than that of the detectors 20 and 22 . In fact, the inner diameter of the deflecting device 24 should be as small as possible, but should further enable the beam 3 to reach the sample 5 without interference. This dimensioning enables the deflection device 24 to direct the maximum number of axial secondary electrons to the SE detector 22 . In addition, the active area of the SE detector 22 should be large enough to collect the maximum number of secondary electrons directed to it by means of the deflection device 24 . Similarly, the active area of the RSE detector 20 should be as large as possible in order to collect the maximum number of backscattered electrons emitted from the sample 5 to it.
In Fig. 2A ist der RSE-Detektor 30 der obere Detektor, während der SE- Detektor 32 der untere Detektor ist. Die Detektoren sind mit den Vorderseiten zu einander angeordnet. Das Gehäuse 31 des RSE-Detektors 30 ist negativ vorge spannt. Die negative Vorspannung an dem Detektor 30 kann von der negativen Vorspannung an seinem Gehäuse verschieden sein. Zum Beispiel ist die negative Vorspannung an dem Gehäuse einstellbar, wobei sie in der Weise angepaßt wird, daß sie das Sammeln optimiert, während die negative Vorspannung am Detektor 30 in der Weise eingestellt wird, daß sie die Energie der an jedem Detektor ge sammelten Elektronen steuert.In FIG. 2A, the RSE detector 30 is the upper detector, while the SE detector 32 is the lower detector. The detectors are arranged facing each other. The housing 31 of the RSE detector 30 is biased negatively. The negative bias on detector 30 may be different from the negative bias on its housing. For example, the negative bias on the housing is adjustable, adjusted to optimize collection, while the negative bias on detector 30 is adjusted to control the energy of the electrons collected at each detector .
Bei dieser Anordnung werden lediglich axiale und achsnahe Elektronen gesammelt. Was die Sekundärelektronen betrifft, lenkt sie die negative Vorspan nung an dem Gehäuse des RSE-Detektors 30 zum SE-Detektor 32. Natürlich be einflußt die negative Vorspannung die Rückstreuelektronen nicht signifikant.With this arrangement, only axial and near-axis electrons are collected. As for the secondary electrons, it directs the negative bias voltage on the housing of the RSE detector 30 to the SE detector 32 . Of course, the negative bias does not significantly affect the backscattered electrons.
Ein optionaler Zusatz zu der obenbeschriebenen Anordnung ist die Ver wendung einer negativ vorgespannten zylindrischen Ablenkeinrichtung 34. Sie liegt in dem Zwischenraum zwischen den Detektoren 30 und 32 an deren Umfang. Ihre Funktion besteht darin, aus dem Zwischenraum herauslaufende Elektronen abzulenken. Diese andernfalls "verlorenen" Elektronen werden zurück zum De tektor 32 gelenkt, wo sie helfen, die gesammelten Elektronen zu maximieren.An optional addition to the arrangement described above is the use of a negatively biased cylindrical deflector 34 . It lies in the space between the detectors 30 and 32 on their circumference. Their function is to deflect electrons running out of the space. These otherwise "lost" electrons are directed back to detector 32 , where they help maximize the collected electrons.
Fig. 2A zeigt die Detektoren 30 und 32 in dem Rohr 4, wobei die exakte Lage jedoch von verschiedenen Faktoren in bezug auf die spezifische Anordnung des besonderen SEMs abhängt, in dem die Erfindung angewendet wird. Somit beschränkt dieses Gehäuse die Abmessung des Außendurchmessers des De tektors auf den Innendurchmesser des Rohrs 4. Im Gegensatz dazu zeigt Fig. 2B den RSE-Detektor 40 und den SE-Detektor 42, die einander gegenüberliegen, mit dem negativ vorgespannten Gehäuse 41, so, wie dies oben für die Spulen 30 und 32 und für das Gehäuse 31 in Fig. 2A beschrieben wurde. Die Detektoren 40 und 42 liegen jedoch außerhalb des Rohrs 4 und sind somit nicht durch dessen Ab messungen beschränkt. Genauer kann der Außendurchmesser des RSE-Detek tors 40 und des SE-Detektors 42 größer als der Innendurchmesser des Rohrs 4 sein. Die große Größe ermöglicht eine größere aktive Detektorfläche, die wunsch gemäß eine größere Anzahl von Elektronen sammelt. Optional kann außerdem eine zu der Ablenkeinrichtung 34 in Fig. 2A ähnliche negativ vorgespannte zylin drische Ablenkeinrichtung 44 verwendet werden. Figure 2A shows detectors 30 and 32 in tube 4 , however the exact location will depend on various factors related to the specific arrangement of the particular SEM in which the invention is applied. This housing thus limits the dimension of the outer diameter of the detector to the inner diameter of the tube 4 . In contrast, FIG. 2B shows the RSE detector 40 and the SE detector 42 , which lie opposite one another, with the negatively biased housing 41 , as described above for the coils 30 and 32 and for the housing 31 in FIG. 2A has been described. However, the detectors 40 and 42 are outside the tube 4 and are therefore not restricted by the dimensions thereof. More specifically, the outer diameter of the RSE detector 40 and the SE detector 42 can be larger than the inner diameter of the tube 4 . The large size enables a larger active detector area, which collects a larger number of electrons if desired. Optionally, a negative biased cylindrical deflector 44 similar to the deflector 34 in FIG. 2A can also be used.
Wie oben in Verbindung mit dem Detektor 24 aus Fig. 1 diskutiert wurde, können die Ablenkeinrichtungen 34 und 44 in den Fig. 2A und 2B durch Konvertie rungstargets ersetzt werden.As discussed above in connection with the detector 24 of FIG. 1, the deflectors 34 and 44 in FIGS . 2A and 2B can be replaced by conversion targets.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung der Detektoren 50 und 52, die in dem Sinn, daß die Detektoren unter dem Rohr 4 liegen, daß der RSE-Detektor 50 über dem SE-Detektor 52 liegt und daß das Gehäuse 51 des RSE-Detektors 50 negativ vor gespannt ist, allgemein ähnlich zu den Detektoren 40 und 42 aus Fig. 2B ist. Der untere Detektor, der SE-Detektor 52, ist jedoch geneigt, so daß sein Innendurch messer in der Nähe der Probe 5 liegt, während sein Außendurchmesser in der Nähe des RSE-Detektors 50 liegt. Die Form des SE-Detektors 52 kann konisch, sphärisch oder mehrteilig oder irgendeine andere wohlbekannte Form sein. Fig. 3 shows an arrangement of the detectors 50 and 52 , in the sense that the detectors are under the pipe 4 , the RSE detector 50 is above the SE detector 52 and that the housing 51 of the RSE detector 50 is negative is generally similar to detectors 40 and 42 of FIG. 2B. However, the lower detector, the SE detector 52 , is inclined so that its inside diameter is close to the sample 5 , while its outside diameter is close to the RSE detector 50 . The shape of the SE detector 52 can be conical, spherical or multi-part, or any other well-known shape.
Diese Anordnung besitzt mehrere Vorteile. Während die Sekundärelektro nen von dem RSE-Detektor 40 und von seinem Gehäuse in Fig. 2B abgestoßen werden, geht z. B. eine signifikante Anzahl bei Durchlaufen in Längsrichtung und beim Herauslaufen aus dem Zwischenraum zwischen den zwei Detektoren "verloren". Die geneigte Konfiguration des SE-Detektors 52 in Fig. 3 ermöglicht jedoch, seinen Außendurchmesser in die Nähe der Ebene des RSE-Detektors 50 zu legen, um die Größe des Zwischenraums, durch den die Sekundärelektronen entweichen können, zu minimieren. Somit ist es vorteilhaft, wenn der SE-Detektor 52 einen größeren Außendurchmesser als der RSE-Detektor 50 besitzt. Außer dem kann durch Neigen des SE-Detektors 52 seine aktive Fläche vergrößert wer den, um den Elektronensammelwirkungsgrad zu erhöhen. Außerdem ist der RSE- Detektor 50 für die Rückstreuelektronen über einen größeren Akzeptanzraumwin kel "sichtbar".This arrangement has several advantages. While the secondary electrodes are repelled by the RSE detector 40 and its housing in FIG. 2B, e.g. B. "lost" a significant number when traversing in the longitudinal direction and when running out of the space between the two detectors. However, the inclined configuration of the SE detector 52 in FIG. 3 allows its outer diameter to be close to the plane of the RSE detector 50 in order to minimize the size of the space through which the secondary electrons can escape. It is therefore advantageous if the SE detector 52 has a larger outside diameter than the RSE detector 50 . In addition, by tilting the SE detector 52, its active area can be increased to increase the electron collection efficiency. In addition, the RSE detector 50 is “visible” to the backscattered electrons over a larger acceptance space angle.
Zur Anpassung an Gehäusebeschränkungen oder aus anderen Gründen, wie sie etwa oben diskutiert wurden, können die Komponenten 50 und 52 außer dem in dem Rohr 4 nach oben verschoben werden.To accommodate housing constraints or for other reasons, such as those discussed above, components 50 and 52 can be moved upwardly in tube 4 .
In Fig. 4 ist der SE-Detektor 60 zylindrisch und liegt unterhalb des ebenen RSE-Detektors 62. Dadurch, daß das Gehäuse negativ vorgespannt ist, ist der RSE-Detektor 62 ähnlich zu dem RSE-Detektor 50 aus Fig. 3. Der RSE-Detektor 62 besitzt einen weiteren Akzeptanzwinkel, wobei jedoch infolge seiner Ausrich tung wahrscheinlich weniger der von ihm abgestoßenen Sekundärelektronen von dem SE-Detektor 60 gesammelt werden. Um das Auftreten "verlorener" Elektro nen zu reduzieren, kann aber der Zwischenraum zwischen den zwei Detektoren minimiert werden.In FIG. 4, the SE detector 60 is cylindrical and lies below the flat RSE detector 62 . Due to the fact that the housing is biased negatively, the RSE detector 62 is similar to the RSE detector 50 of FIG. 3. The RSE detector 62 has a further acceptance angle, however, due to its alignment, less of the secondary electrons repelled by it are likely collected by the SE detector 60 . In order to reduce the occurrence of "lost" electrons, the space between the two detectors can be minimized.
In Fig. 5 sind der RSE-Detektor 70 und der SE-Detektor 72 mit den Vor derseiten zueinander angeordnet, wobei sie jedoch beide eine konische oder sphärische Form besitzen. Das Gehäuse 71 ist negativ vorgespannt. Mit Aus nahme dessen, daß der obere Detektor, der RSE-Detektor 50 aus Fig. 3, von der ebenen Form in eine konische oder sphärische Form abgewandelt wurde, ist Fig. 5 ähnlich zu Fig. 3. Eine solche Anordnung kann eine optimierte Sammeleffi zienz schaffen. Da für den oberen und für den unteren Detektor die gleiche Kom ponente verwendet werden kann, kann dies außerdem die Herstellung erleichtern und zu niedrigeren Kosten führen.In Fig. 5, the RSE detector 70 and the SE detector 72 are arranged with their front sides to one another, but they both have a conical or spherical shape. The housing 71 is biased negatively. With the exception that the upper detector, the RSE detector 50 from FIG. 3, has been modified from the flat shape into a conical or spherical shape, FIG. 5 is similar to FIG. 3. Such an arrangement can optimize the collection efficiency create ciency. In addition, since the same component can be used for the upper and lower detectors, this can facilitate manufacture and lead to lower costs.
Für die Detektoren können in bezug auf das Rohr verschiedene vertikale Stellungen verwendet werden, wobei der Zwischenraum zwischen den Detektoren ebenfalls verändert werden kann. Außerdem können die horizontale Lage der Detektoren und der Ablenkeinrichtung in bezug zueinander ebenso wie die Be messung der aktiven Fläche verändert werden. In ähnlicher Weise können die Spannungen an den Detektoren, an der Ablenkeinrichtung und am Gehäuse ein gestellt werden. In gewissem Umfang hängen die Änderungen von Gehäusene benbedingungen ab, wobei in gewissem Umfang die Art der interessierenden Messung, d. h. axiale, außeraxiale, Sekundär- oder Rückstreuelektronen usw., die Geometrie vorschreibt. Wenigstens teilweise in Abhängigkeit von dem erwarteten Ergebnis könnte jeder Detektor durch unterteilte Detektoren oder getrennte De tektoren ersetzt werden. Außerdem könnte der Detektor anstatt entlang des Strahls außermittig angeordnet sein.Different verticals can be used for the detectors with respect to the tube Positions are used, the gap between the detectors can also be changed. In addition, the horizontal position of the Detectors and the deflector with respect to each other as well as the Be measurement of the active area can be changed. Similarly, the Voltages on the detectors, on the deflection device and on the housing be put. To some extent, the changes depend on casings conditions, to a certain extent the type of interested Measurement, d. H. axial, off-axis, secondary or backscattered electrons etc., the Geometry prescribes. At least partly depending on the expected Each detector could result from subdivided detectors or separate de tectors are replaced. The detector could also be used instead of along the Beam be arranged off-center.
Claims (21)
Detektieren der höherenergetischen geladenen Teilchen mit einem De tektor für höhere Energie,
Detektieren der niederenergetischen geladenen Teilchen mit einem De tektor für niedrigere Energie und
Einrichten des Detektors für höhere Energie in der Weise, daß er die nie derenergetischen geladenen Teilchen zum Detektor für niedrigere Energie ablenkt,
und Einrichten des Detektors für niedrigere Energie in der Weise, daß er die abgelenkten niederenergetischen geladenen Teilchen detektiert.18. A method of detecting higher energy charged particles and lower energy charged particles emitted from a sample, comprising the steps of:
Detecting the higher energy charged particles with a detector for higher energy,
Detect the low energy charged particles with a lower energy and detector
Setting up the higher energy detector to deflect the never energized charged particles to the lower energy detector,
and setting up the lower energy detector to detect the deflected low energy charged particles.
Detektieren der höherenergetischen geladenen Teilchen mit einem De tektor für höhere Energie,
Detektieren der niederenergetischen geladenen Teilchen mit einem De tektor für niedrigere Energie und
Ablenken der niederenergetischen geladenen Teilchen zu dem Detektor für niedrigere Energie mit einer Ablenkeinrichtung und Ausrichten des Detektors für niedrigere Energie auf die Ablenkeinrichtung.19. A method of detecting higher energy charged particles and lower energy charged particles emitted from a sample, comprising the steps of:
Detecting the higher energy charged particles with a detector for higher energy,
Detect the low energy charged particles with a lower energy and detector
Deflecting the low energy charged particles to the lower energy detector with a deflector and aligning the lower energy detector with the deflector.
einem Detektor für höhere Energie zum Detektieren der höherenergeti schen geladenen Teilchen,
einem Detektor für niedrigere Energie zum Detektieren der niederenerge tischen geladenen Teilchen; und
einer Einrichtung zum Konvertieren der niederenergetischen geladenen Teilchen in neu emittierte geladene Teilchen, die auf den Detektor für niedrigere Energie gerichtet sind, wobei der Detektor für niedrigere Energie auf die Konver tierungseinrichtung ausgerichtet ist.20. Instrument that detects higher-energy charged particles and low-energy charged particles emitted by a sample with
a higher energy detector for detecting the higher energetic charged particles,
a lower energy detector for detecting the lower energy charged particles; and
means for converting the low energy charged particles to newly emitted charged particles which are directed to the lower energy detector, the lower energy detector being directed to the conversion means.
Vorsehen eines Detektors für höhere Energie zum Detektieren der höher energetischen geladenen Teilchen,
Vorsehen eines Detektors für niedrigere Energie zum Detektieren der nie derenergetischen geladenen Teilchen und
Konvertieren der niederenergetischen geladenen Teilchen in neu emit tierte geladene Teilchen, die auf den Detektor für niedrigere Energie gerichtet sind, und Ausrichten des Detektors für niedrigere Energie auf die Konvertierungs einrichtung.21. A method of detecting higher energy charged particles and lower energy charged particles emitted from a sample, comprising the steps of:
Providing a higher energy detector to detect the higher energetic charged particles,
Providing a lower energy detector for detecting the never energetic charged particles and
Converting the low energy charged particles into newly emitted charged particles directed at the lower energy detector and aligning the lower energy detector with the conversion device.
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