DE2005682C3

DE2005682C3 - Vorrichtung zum Absaugen der Sekundärelektronen in einem Rasterelektronenmikroskop oder einem Elektronenstrahl-Mikroanalysator

Info

Publication number: DE2005682C3
Application number: DE2005682A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl.-Phys. 6741 Minderslachen Gullasch; Ulrich Dr.Rer.Nat. 7500 Karlsruhe Weber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-02-07
Filing date: 1970-02-07
Publication date: 1974-05-09
Also published as: GB1284708A; DE2005682A1; CH524140A; US3736422A; FR2078240A5; DE2005682B2

Description

Sl¹Zl .

3.ν Vorrichtung nach einem ..!■ ι AiiNpnielie Ims 3·!. dadurch gekennzeichnet, ii.11"Ί the I'm Sc ( /M um eine Achse senkrecht zur Richtung des p-unai"en Hlcktionenstrahl ( /·. ) in Richtung aiii ein v. ei leres Nacliweissvstem um dclmiciic Winkel (i/i

kippbar ist. . . ,-

36 Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 ο«·-"'

dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (P) um eine Achse senkrecht zur Probenoberflache drehbar ist. .. , ,

37 Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 36 dadurch gekennzeichnet, daß auf die Probenoberfläche eine die Sekundärelcktronen-Fmission fordernde Substanz aufgebracht ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung .'um Absaugen der von einer Probenoberfläche ausgehenden Sekundärelektronen in einem Rasterelektronenmikroskop oder einem Elektronenstrahl-Mikroanalysator mit Abrasterung der Probenohcrfläche durch ein primäres Elektronenstrahlenhündel und mil einem einen an der Probe abgenommenen Probenstrom mit der Rasterbewegung des primären Elektronenstrahl lenbündels korrelierenden Ausweitegerät.

Mit Hilfe der Elektronen-Rsstermikroskopie läßt sich eine Analyse der äußeren Gestalt und der Topographie einer Probenoberfläche, mit Hilfe der Elekironenstrahl-Röntgenmikroanaiyse (genannt ESMA) eine Riementaranalyse von Objektstrukturen mit nur wenigen Mikrometern Ausdehnung durchführen. Bei der Elektronen-Rastermikroskopie werden vorwiegend die bei der Wechselwirkung zwischen einem hochenergetischen primären Elektronenstrahl (5 bis 40 keV) und einer Probe auftretenden niederenergetischen Sekundärelektronen (maximal etwa 50 eV) als Meßsignale verwendet; bei der ESMA werden dagegen fysl alle physikalischen Vorgänge als Informationsmöglichkeiten für die Analyse in Betracht gezo gen.

Ein im elektronenoptische!! System des Strahlerzeugers eingebautes magnetisches Ablenksystem ermöglicht neben der Punktanalyse durch zellenförmige Ablenkung des primären Elektronenstrahls über die Piobenoberfläche und synchron dazu gesteuerte Auswertegeräte (Registriergeräte [Schreiber!, Ausgabe geräte [Zeichncr|, Bildauf/eichnungsgeräte [Rildröhten|) die Messung und Darstellung des Intensitiitsverlauts der Meßsignalc entlang von Linien odei übe ι einen Bereich tier Probetiioberflaehe.

Bei der Wechselwirkung zwischen einfallendem primären Elektronenstrahl¹ und Probe entstehen vorwiegend Röntgenstrahlen, Ruckstreuelektronen und Sekundärelektronen.

Fiir die Röntgenanalyse ergibt sich eine Punklauflosung von der ( iroßenordnung 1 μ bei massiv <_ η Pro hen. Bei dünnen, für die primären Elektronen transparenten Präparaten lalil sich eine wesentlich kleinere 1'unkiaiiflos.ting erreichen. Die Ruckstieueleklronen il;u;ei!cn. die noch einen Großteil der Primärenergie mit sieh fuhren, ergeben in den gunstigsten Fällen ei-"·■' net Probe mit hoher Ordiuings/ahl eine Punktauflösung bis hinab /u 0.2 μ. Nur die Sekundärelekironer Italien wegen ihrer sehr kleinen Energien eine sein klein.· Ri'icliweiie in dei Probe und daher einen 1 H! ;■ sKiiisivreich. der i-rst In-j einem Durchmesser des pn ⁶S maun I ■ K'kironenstrahls unterhalb einige! 10 m/< du ■\ullosiMig beeinträchtigt. Sie weiden deshalb bei de !■ Ick¹.11 ηien-Rastci mikroskopie bei Du 1 chmessen di s Pi imaislrahls von nur 10 ihm zum Abbilden de

Oberflächengestalt der Proben verwendet und eimöglichendorl eine Piinktauflösungvon 15 bis 20 η\μ. Die Punktauflösung bei der Analyse einer Probenoberfläche mit Hilfe der Sekundärelektronen statt mit Rückstrcuclcktronen ist also um eine Größenordnung besser.

I£s ist in der ESMA bekannt, auch den sogenannten Probenstrom / einer rasterförmig vom primären Elektronenstrahl abgetasteten Probe zu messen, in einem Probenstrom-Verstärker zu verstärken und zur Bilddarstellung heranzuziehen. Rechnerisch ergibt sich der jeweils gemessene Probenstrom I_n aus Jcm Strom /„ der primären Elektronen durch Suc."r:>ktion des Stroms l_r der rückgeslreutcn Elektronen sowie des Stroms l_sr der an der Probcnoberdache ausgelösten Sokiindärelektronen:

Im aligemeinen ist der Beitrag der Sekundärelektronen im Probenstrom I_n vernachläs«=igbar, da die Sekundärelektroncn in der Nähe des Auftreffpunkts des primären Elektronenstrahls eine Raumladung erzeugen, so daß nur ein geringer Bruchteil der czcigtcn Sekundäreloktronen aus der Probenobcriläche austreten knnn. Man mißt also als Probcnsirom I_n im wesentlichen die Differenz zwischen dem Strom /,, der primären Elektronen und dem Strom I. der Rückstreuelektronen, wobei dor Sliom /₍₎ der primären Elektronen durch den Strahlerzeuger konstant gehalten wird. Die Auflösung im Probenstrombiid wird also in erster Linie von 'fen Ruck, ireuelektronen he- <iimmt. Im Prohenstton**->ld criiait man dahci '«»ei niehtdurchstrahlbarcn, massiven Proben selbst bei Verkleinerung des Durchmessers des primären Elektronenstrahls nur eine Auflösung von einiger. 0,1 μ Dieser Wert entspricht dem Durchmesser des Diffusionsbereichs der (schnellen) Primär- bzw Ri'ikstrcueiektroncn. Der detaillierte Kontras! und die gute Auflösung, die in der Elckir-.-.rienrasiei-Mikroskopie unter Heranziehung der Sekundärelektronen zur Büddarstellung erzielt werden, konnten bisher in Probenstrombildern aus den erwähnten physikalischen Gründen nicht erreicht werden.

Es ist ferner bekannt, daß die Emission der Sekundärelektronen durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Probe weitgehend verändert werden kann.

Es war in der Elektronen Rastermikroskopie bisher üblich, die Sckundärclcktroncn durch einen Sckundärclektronen-Detektor von anderen Elektronen -wenigstens teilweise - abzutrennen und nachzuweisen. Der Sekundärelektronen-Dctektor ist ein recht aufwendiges Nachweisgerät. Er umfaßt im wesentlichen ein elektronenoptischcs System, einen Szintillationskristall, einen Photomuitiplicr. ein Hochspannungsversorgungsgerät und einen nachgeschalteten Verstärker.

Es ist bei Elcktronenrasler-Mikroskopcn weiterhin bekannt, mit Hilfe von entsprechend vorgespannten Elektroden die aus der Probe austretenden Sekundäreleklronen abzusaugen und einem Detektor zuzuführen. Auch ist es bekannt, an eine Absaugelektrode bei einem Rasterelektronenmikroskop einen Strommesser anzulegen. Die dazu dienende Elektrode ist jedoch von ihrer Umgebung isoliert und muß sich deshalb mit der Zeil negativ aufladen, so daß dann nur noch Sekundärelektronen mit einer bestimmten Ausiriltscncrgie die Elektrode erreichen können. Auf diese Weise kann ein erheblicher Anteil der ausgelösten Sekundäreleklronen nicht erfaßt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Hlcklioneiiiasier-Mikroskopie und die Elektronenstrahl-Mikroanahsc eine Verrichtung zu schaffen, die einfach·-.¹!' aufgebaut, einfachet zu handhaben und preisgünstiger ist als ein Sekunda!elektronen Delck tor. und die im Gegensatz zum Sekundärelekiicrien-Delcklor samtliche die Probe verlassenden Sekundärelektronen zur Bilderzeugung heranzieht.

üicse Aufgabe wird mit Hilfe einer Vorrichtung zum Absaugen der von einer Probenoberfliiche ausgehenden Sekundärelektronen in einem Rasterelektronenmikroskop oder einem Elektroncnslrahl-Mi- »5 kroanalysator mit Abrasterung der Probenobei-fläche durch ein primäres Eiektronenstrahlcnbündel und mit einem einen an der Probe abgenommenen Probenstrom mit der Rasierbewegung des primären Elekiio ncnstrahlcnbündels korrcliercnden Auswertegerät gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Vorrichtung während der Abnahme des Probenstroms ein elektrisches Feld an der Probenobt.fläche erzeugt, das den Aufbau einer Eleklronen-Raum!adi:ng \or der Probenoberiiächc weitgehend oder völlig vorhin-²S dert. Sämtliche oder zumindest ein erheblicher Anteil dt ι vom primären Elektronenstrahl und auch von ι!·.·η Ru^ksiieuelek tränen ausgelösten Sekunda. J.ektri neu werden vom elektrischen Feld abgesaugt und können die Probenoberfläche verlassen. In Gleichung (1 ) kann daher dei Strom l_sr der Sekundaielektroncn keinesfalls mein vernachlässigt werden. Der Sckur därclektiOiiciiMiom '„. ist jetzt betragsmäßig vei gleichbnr mit dein Strom I_n der primären Elektronen. unter gewissen Umständen sogar beträchtlich größer. Die Stromstärke l_r <.1<τ an der Probe zurückgcsiivuter Elckiioneii beträgt dagegen im allgemeinen ihm cmc γ. Bruchteil der Stromstärke /„ der primären Elektronen i /,, /, = 0.1 bis 0.4). Bei einheitlich aufgebauter Probe bleibt /_p wählend des gesamten Abrastervorgangs ar,-nähernd koiiM;>iv. Der gemessene Probenstrom I. enthalt daher nach Gleichung (I) außer einem von der Anzahl der primären und rückgeslrcuten Elekm· neu bestimmten Gleichstromanicil im wesentliche!' das Signal, das der Strom /,_r der Sekundärelcktrone trägt damit die Information über die Oberflächen struktur der Probe.

Wird in einem ElektroncnraMer-Mikroskop odei in einem Elcktioncnstrahl-Mikroanalysator der uptei Brücksichtigimg der beschriebenen Maßnahmen ar der Probe abgenommene Probenstrom /., in einen Auswertegerät zur Bilddarstellung verwende',, so las sen sieh die Oberflächenstrukturen der Probe mi ähnlicher bzw. gleicher Auflösung und gleichem Kon trast abbilden wie durch die bisher übliche Anwen dung von Sekundärelektronen-Detektoren in kon ventioncllen ElektronenrasU-r-Mikroskopen. Ohn eine Einrichtung, welche die Sckundärelcklronen vo der Probenobcifluche absaugt, läßt sich bei der bisiie üblichen Anwendung von Probensiromsignal-Vei stärkern in filektronenstrahl-Mikroanalysatorcn n; eine wesentlich schlechtere Auflösung und ein wc sentlich geringerer Bildkontrast erreichen.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann zur I ; lerstülzungdet Abführung der ausgelösten Sekunda' elektronen dafür Sorge getragen werden, daß zusäi; lieh eine Einrichtung zur Erzeugung eines magnet sehen Feldes an der Probenoberfläche vorgesehen if Es isi zweckmäßig, das Magnetfeld schwach und /ei

Hch konstant zu halten und parallel zur Probenobel -

flache anzulegen.

Zur Abnahme des Probe·nstroms /₍, ist an der Probe ein elektrischer Kontakt angebracht. In einer Ausbildung der Erfindung wird der Probenstrom selbst oder eine ihm proportionale Spannung über einen Verstärker dem Auswertegerät zugeführt.

In Gleichung(1) tritt der Sekundärelekttonenstrom /_Λι. mit negativem Vor/eichen auf. Das im Auswertegerät von der Oberflache der Probe dargestellte HiId kann daher ein Negativ sein. Um dieses zu vermeiden, ist nach einer Ausbildung der Erfindung zur Darstellung eines Bildpositivs die dem Probenslrom /, proportionale Spannung dem Eingang des Verstärkers oder direkt dem Eingang des Auswertegeräts unter Polaritätsumkehr zugeführt.

Zur Erzeugung des elektrischen Feldes an der Probenoberfläche ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung an ein oder mehrere elektrisch leitende, sich im Raum vor der Probenoberfläche befindliche Bauteile des Eilcktronenraster-Mikroskops oder des Elektronenstrahl-Mikroanalysators ein gegenüber der Probe positives, den primären Elektronenstrahl jedoch nicht oder nur geringfügig beeinflussendes Potential gelegt. Dirscs Bauteil kann ein der Probe zugewandter Lirssenpolschuh der Fcinstrahllinse und/oder eine Probcnkammcrwand sein. Derselbe Zweck kann nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß die Bauteile (z. B. Linsenpolschuh, Probenkammerwand) auf Mas*e gelegt sind, und daß der an der Probe angebrachte Kontakt mit einer gegenüber den Bauteilen auf negativem Potential liegenden Eingangsklemme des Auswetiegeräts oder des Verstärker« verbunden ist.

Das elektrische Feld an der Probenoberfläche kann aber auch auf eine andere Weise erzeugt werden. Dazu ist in einer Weiterbildung der Erfindung die ein elektrisches Feld erzeugende Einrichtung aus zwei Elektroden aufgebaut, wobei die erste Elektrode mit ■.!ein Minuspol und die zweite Elektrode mit dem Pluspol einer regelbar einstellbaren Spannungsquelle der- ;iit verbunden »st, daß ein sich an der Probcnobcrfläi tie befindliches Elektron einer von der Probenohcrf lache fortzeigenden Kraft komponente ausgesetzt ist. Die erste Elektrode kann als Metallplatte. Metall-McbodcralsProbcnträgerausgcbildet sein. Es ist auch zweckmäßig, daß die Probe selbst die erste Elektrode ■-t, oder daß die Probe teilweise mit einer elektrisch ^;eitendcn, die erste Elektrode bildenden Schicht überzogen ist. Im letzteren Fall soüte der an der Probe tv.w. Schicht angebrachte elektrische Kontakt zur Ab-Γι-.'.hmc des Probcnstroms l_p über einen Arbcitswidcr-" ν and mit dem Minuspol der Spannungsqueile verbunden sein.

Die zweite Elektrode kann eine Schneide sein, die in einer Ebene senkrecht zur Richtung des primären Elektronenstrahls angeordnet ist. Sie kann aber auch eine mit einer Bohrung zum Durchtritt des primären Elektronenstrahls versehene elektrisch leitende Platte sein, wobei der Durchmesser der Bohrung gerade so bemessen ist, daß der durchtretende primäre Elektronenstrahl von dem angelegten positiven Potential nicht merklich beeinflußt ist. Sie kann dann als ringförmige Scheibe ausgebildet sein, die konzentrisch zur Richtung des primären Elektronenstrahls angeordnet ist. Für bestimmte Zwecke ist es zweckmäßig, die zweite Elektrode auch als Spitze auszubilden.

Der Eintrittswinkel der elektrischen Feldlinien in die Probenoberfläche ist für den Bildkontrast mitverantwortlich. Eine Veränderung des Eintrittswinkels bewirkt daher eine Änderung des Bildkontrasls. Aus diesem (irund ist in einer weiteren Ausbildung der Erfindung die zweite Elektrode in einer Ebene senkrecht zum primären Elektronenstrahl oder in einer Ebene parallel zur Oberfläche der Probe verschiebbar.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dall zur Veränderung des Bildkontrastes im Raum vor der Probe eine dritte Elektrode angeordnet und auf ein gegenüber der zweiten Elektrode negatives Potential gelegt ist, und daß das Potential der dritten Elektrode unabhängig von dem gc-'5 genübet der Probenoberfläche positivem Potential der zweiten Elektrode an einer weiteren Spannungsquelle einstellbar ist. Auch in diesem Fall ist es zweckmäßig, daß die dritte Elektrode in einer Ebene senkrecht zur Richtung des primären Elektronenstrahls verschicbbar oder daß sie um eine Achse parallel zum primären Elektronenstrahl drehbar ist. Die dritte Elektrode kann auch so angeordnet sein, daß sie bei Kippung, Verschiebung und Drehung der Probe ihre Lage relativ zur Probenoberflache nicht ändert. Für viele Analysenprobleme genügt es. wenn das an der Probenoberfläche wirksame elektrische sowie das gegebenenfalls zusätzlich vorhandene magnetische Feld zeitlich konstant ist. Wird eines dieser Felder periodisch verändert, so läßt sich eine weitere Steigerung der Auflösung und des Bildkontrastes erreichen, weil zur Bilddarstellung im Auswertegerät ausschließlieh das Signal der Sekundärelektronen Verwendung findet, wahrend Signalanteile, die von Rucks;.euelektronen bzw von primären Elektronen herrühren, vollständig zurückgehalten weiden. Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, daß die an der Probenoberfläche ein elektrisches oder ein zusätzliches magnetisches Feld erzeugende Einrichtung zur periodischen Schwächung 40 oder Unterbrechung des an der Probenoberfläche ausgelösten Sekundärelektronenstroms l_p von einem Funktionsgenerator ansteuerbar ist. Der Funktionsgenerator kann ein Rechteck- oder ein Sinusgenerator sein.

45 Die physikalische Erklärung findet sich darin, daß im Probenstrom gemäß Gleichung (1) nur der Teil, der von den die Probe verlassenden Sekundärclektroncn herrührt, aus Elektronen sehr geringer kinetischer Energie besteht. Diese Elektronen werden daher bei-50 spielsweise durch Anlegen eines periodischen elektrischen Potentials an die Probe abwechselnd am Verlassen der Probe gehindert oder zum Austretet¹ veranlaßt. Die Modulation beeinflußt ausschließlicl die Sekundärelektroncn und nicht die hochencrni-ii 55 sehen Primär- und Rückstreuclektronen.

Diese Ausbildung der Erfindung weist also ciiu-i sogenannten »Chopper« auf, durch den die Sckuii därclektronen periodisch am Austreten ans dci Prob gehindert werden. Der Chopper kann z.B. dadurc 60 realisiert werden, daß zwischen der Piohc einerseil . und den der Probe zugewandten Teil des l.insenpo schuhs bzw. den Probenkammerwänden anderersei eine genügend hohe elektrische Wechselspannung g< legt wird. Weiterhin sollen durch den Verstärker nt 65 diejenigen Probenstromkomponenten verstärkt wc den. die periodisch mit der Chopper-Frcqucnz variii ren. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist all dem Verstärker ein schmalbandiges, auf die Frequei

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Jes Funktionsgenerators abgestimmtes BandpaBfiltcr vorgeschaltet. Noch zweckmäßiger ist es, daß nur die Probenstromkomponenten, die mit der Chopper-Fre-Ljuenz phasenrichtig variieren, zum Auswertegerät gelangen. Daher ist nach einer Weilerbildung der Erfindung der Verstärker durch einen phasenempfindlichen Gleichrichter mit Vorverstärker, der eingangsseitig zur Abtrennung einer Gleichstromkomponente kapazitiv oder induktiv an den Probenkontakt angekoppelt sein kann, erseizt worden. Zweekmäßigerweise ist der phasenempfindliche Gleichrichter auf die Frequenz des Funktionsgenerators abgestimmt. Zur Einstellung der Amplitude sollte er ein Phasenstellglied besitzen.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß beide Ausgangsklemmen des Funktionsgenerators über eine Serienschaltung von zwei Widerständen miteinander verbunden sind, und daß der zweite Ausgang mit der zweiten Elektrode und der erste Ausgang mit der ersten Elektrode, und daß ein Abgriff zwischen den beiden Widerständen an Masse geführt ist.

Der Sekundärelektronenstrom /_sr kann nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch moduliert werden, daß der Funktionsgenerator an ein ein schwaches magnetisches Wechselfeld parallel zur Probenoberfläche erzeugendes Spulenpaar angeschlossen ist.

Ein Kippen der Probe zum Zwecke der Veränderung oder Verstärkung des Kontrastes ist nicht in jedem Fall erforderlich Dieser Zweck kann auf anderem Wege, z. H. mittels der bereits beschriebenen Bewegung der Elektroden, erreicht werden. Ein Kippen der Probe erscheint jedoch dann sinnvoll, wenn die Probe gleichzeitig mit einem anderen Nachweissystem..:. H. einem Rontgenstrahl-Detektor, untersucht weiden soll, oder wenn bestimmte Probenbereiche sichtbar gemacht werden sollen. Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht daher vor. daß die Probe um eine Achse senkrech! zur Richtung des primären Elektronenstrahls in Richtung auf ein weiteres Nachweissystem um definierte Winkel kippbar ist. Weiterhin ist es sinnvoll, daß die Probe um eine Achse senkrecht zur Probenoberfläche drehbar ist.

Schließlich kann die Probe mit einer dünnen Schicht einer Substanz bedampft sein, aus der pro einfallendes Primärelektron eine große Anzahl von Sekundärclektronen abgelöst wird. Diese Schicht dient also der Untcrstützung der Emission von Sckundärelcktronen. Eine weitere Ausbildung der Erfindung zeichnet sich also dadurch aus. i'aß auf die Probenoberfläche eine die Sekundnrelektronen-Emission fördernde Substanz aufgebracht ist.

Elektrische und mechanische Ausführungsbeispiele sind in 4 Figuren dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Die einander in den Figuren entsprechenden Größen und Bauteile sind mit denselben Rezugszeichen versehen. Es zeigt

Fig. 1 die Erzeugungeines elektrischen Feldes an der Probenoberfläche und die Messung des Proben-Stroms,

Fig. 2 eine Vorrichtung wie in Fig. 1, jedoch wird hier die zweite Elektrode durch den Linsenpolsehuh und die Probenkammerwand gebildet,

Fig. 3 eine Vorrichtung nach Fig. 1 mit zusatz!: eher Anordnung einer dritten Elektrode,

Fig. 4 eine Vorrichtung mit periodisch variierendem elektrischen Feld.

In Fig. 1 wird ein primärer Elektronenstrahl Eder Stromstärke /„ nach Durchtritt durch einen Linsenpolschuh L rasterförmig über eine Probe P gelenkt. Probe /' und Linsenpolschuh L sind von einer Probonkammerwand W umgeben. Die durch den prirmtten Elektronenstrahl E in der Probe P erzeugten Sekundärelektronen weiden durch ein elektrisches Feld abgesaugt. Dazu ist der Minuspol einer Spannungsquelle QX über einen Arbeitswiderstand R mit einem an der Probe /' angebrachten elektrischen Koniakt K

ίο verbunden. Die Probe /'bildet selbst die erste Elektrode li\ eines Kondensators. Die zweite Elektrode £2. eine mit einer Bohrung /i zum Durchtritt des primären Elektronenstrahls E versehene Scheibe, ist mit dem Pluspol der Spannungsquellc Ql verbunden.

»5 Probenkammerwand W und Minuspol der Spanniingsquelle Ql sind an Masse gelegt.

Die von der ersten Elektrode £1 über den Kontakt K und über den Arbeitswiderstand R an Masse abfließenden Elektronen erzeugen am Arbeitswider-

ao stand R eine Spannung (/, die dem Probenstrom /₍, proportional ist. Die Spannung U wird einem Verstärker V zugeführt. Die am Ausgang des Verstärkers V auftretende Spannung S wird an den I mgang eines mit der Rasterbewegung synchron angesteierten Auswer'cgeräts A zugeführt. Das Auswertegerät A kann ein Registrier-, Ausgabe- oder Hildaut zeichnungsgerät sein.

In Fig. 2 ist der Pluspol der Spannungsquelle (J) nicht an eine zu diesem besonderen Zweck in der, Raum \or der Probenoberfläche gebrachte zweite Elektrode EZ, sondern an die Probenkammerwand W. an den Linsenpolschuh L und an Masse ge legt. Der Minuspol der Spaniiungsqucllc QX ist übe; den Arbeitswiderstand R mit der Probe P verbunden Die Verstärkung der Spannung U erfolgt wie 11; Fig. 1. jedoch darf keine der Vcrslarkcreingangsklemmen an Masse liegen. Die Probe P ist um eine Achse senkrecht zur Richtung des primären Elektronenstrahls E in Richtung auf ein weiteres Nachweissystem, das sich im Raum vor der Probe P befinden kann, um definierte Winkel α kippbar.

Fi₆,. 3 zeigt, daß zur Kontrastveränderung in dem Raum vor der Probe P zusätzlich eine Elektrode £3 liniergebracht ist. Die Elektrode El ist eine Schneide und über eine Stange in einer Ebene senkrecht zum primären Elektronenstrahl E bewegbar (durch den Doppelpfeil angedeutet), die dritte Elektrode £3. ebenfalls eine Schneide, kann dagegen örtlich feststehen oder mit der zweiten Elektrode E2 mitgeführt

werden. Eine weitere Spannungsquellc QI legt die dritte Elektrode £3 auf ein gegenüber der zweiter Elektrode £2 negatives Potential. Dazu ist der Pluspol der Spannungsquclle QI mit dem Minuspol der Spanlumgsquelle Ql, der Minuspol von Q2 dagegen mii der dritten Elektrode £3 verbunden. Die elektrische Anordnung der Spannungsquelle Ql und des Nachweissystems entspricht der in Fig. 1 gezeigten Vor richtung.

In Fig. 4 wird das an der Probenoberfläche angrci fende elektrische Feld von einem Funktionsgenera tor £ periodisch variiert. Dazu sind die beiden Aus gangsklemmen A\ und Al des Funktionsgenera tors F über einen Spannungsteiler, der durch di< Serienschaltung von zwei Widerständen Rl und Äi gebildet wird, miteinander verbunden. Die zwciti Ausgangsklemmc Al ist an die aus Fig. 1 bekannt! zweite Elektrode £2, die erste Ausgangsklemmc A'. an eine Elektrode £1 angeschlossen. Die mit den

Kontakt K versehene Probe /' liegt zwischen den bei Jen Elektroden El und El. Der Abgriff zwischen Jen beiden Widerständen Rl und RZ ist an Masse geführt, gleichzeitig ist er über den Arbeilswidei stand R mit dem an tier Probe P angebrachten Kontakt AC verbunden. Probenkammer, Wand W und Linsenpolschuh /. liegen gleichfalls an Masse.

Die an der Oberflache der Probe /' erzeugten Sekundärelektronen werden durch das elektrische Wechselfeld periodisch am Austritt aus der Probe gehiiiden oder von der Probe abgesaugt. Der übet den Arbeitswidersland R fließende Probenstrom I_n enthalt eine Wechselstromkomponente mit der Frequenz des Funklionsgeneralors F. der ein Cileichstromanteil überlagert sein kann. Die Wechselstromkomponentc enthält allein die von den Sekiindärelektronen gelieferte Information über die Topographie der Fiobc P.

Die am Arbeitswidersland R abgegriffene Spannung ('wird einem phasenempfindliehen Cileiehrich- ^o ler mit Vorverstärker PG zugeführt, wobei der Gh dispannungsanteil durch einen vorgeschalteten Kondensator C abgetrennt wird. Die Wahl der Größen des RC-G!iedes richtet sich nach der Geschwindigkeit, mit der der primäre Elektronenstrahl die Probe /' abrasteri. Der phasenempfindliche Gleichrichter mit Vorverstärker /'G ist zui F.rmittlung des Referenzsignals mit dein Funktionsgenerator F \erbunden. Die an seinem Ausgang austretende Signal spannung Sl wird wiederum einem Auswertegerät .1 zugeführt.

Für die Vorrichtung gem.iß der Erfindung läßt sich line Reihe von Vorteilen anführen:

Tertiäre Elektronen leisten zur Bilddarstcllung keinen Heitrug (tertiäre Elektronen sind Sekiindärelektroneii, welche durch die von der Probe /urüekgestreuten Elektronen in der Probenumgebung an Oberflächen anderer fester Körper, z. B. am Unterteil des Linsenpolschuhs oder an der Probenkammer wand, ausgelöst werden);

es werden sämtliche Elektronen, die die Probe verlassen, bei der Auswertung ei faßt;

die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in der Herstellung wesentlich preisgünstiger als ein Sekunda !"elektronen-Detektor;

die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann wegen ihrer geringen räumlichen Ausdehnung in eine günstige Entfernung zur Probe gebracht werden;

ein Kippen der Probe zur Steigerung der Nachweisempfindlichkeit ist im Gegeinsatz zur Anwendung eines Sekundärelektronen-Dclektors nicht in jedem Fall erforderlich;

die Probe kann ohne Verlust an Auflösung, z. B. in Richtung auf ein vorhandenes dispersives Röntgen-Halbiciterspckirometer, gekippt werdet¹ so daß gleichzeitig optimale Bilder verschiedener Information gewonnen weiden können;

die Bildintensitäi bzw. ßildinformation an der Probenoberfläche ist nahezu unabhängig von magnetischen Störfeldern, da die Sekundärelektronen keine Detektoröffnung erreichen, sondern lediglich die Probe verlassen müssen;

durch Abänderung der elektrischen Potenlialverteilung in der Umgebung der Probenoberfläche, speziell durch Vcriinderungder Richtung des elektrischen Feldes, welches die Sekiindärelektronen von der Probe absaugt. läßt sich die Helligkcitsverteilunc nichtebener Oberflächenstrukturen der Probe verän dem (Veränderung der Richtung von Licht und Schatten).

bei periodischer Variation des elektrischen Feldes sind am Bildaufbau ausschließlich Sekundärelektmnen beteiligt. Das garantiert optimale Auflösung iiml extrem differenzierten Bildkontrast.

Hierzu 1 Biatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Absaugen der von einer Prohenoberfläche ausgehenden Sekundärelektrcnen in einem Rasterelektronenmikroskop oder einem Elektronenstrahl-Mikroanalysator mit Abrasterung der Probenoberfläche durch ein primäres Elektronenstrahlenbündel und mit einem einen an der Probe abgenommenen Probenstrom mit der Rasterbewegung des primären Elektronenstrahlenhündels korrelierenden Auswertegerät, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung während der Abnahme des Probensiromes ein elektrisches Feld an der Probenober- ¹S fläche erzeugt, das den Aufbau einer Elektronen-Raumladung vor der Probenobe.fläche weitgehend oder völlig verhindert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gefcennzeichnol, daß zusätzlich eine Einrichtung zur £rzeugung eines magnetischen Feldes an ^er Prokenoberfläche vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenstrom (i ) teilst oder eine ihm proportionale Spannung ( U) »5 Über einen Verstärker ( V) dem Auswertegerät (/1) zugeführt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Darstellung eines Bildposilivs die dem Prohenstrom (/ ) proportionale Spannung ( U) unter Polaritätsumkehr dem E η gang des Verstärkers ( V) oder direkt dem Eingang des Auswertegerät (A) zugeführt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß an ein oder mehrere elektrisch leitende, sich im Raum vor der Probenoberfläche befindliche Bauteile des Elektronen-Rastermikroskops oder des Elektronenstrahl-Mikroanalysaiors ein gegenüber lter Probe ( P) positives, den primären Elektronenstrahl ( E) jedoch nicht oder nur geringfügig beeinflussendes Potential gelegt ist.

f>. Vorrichtung nach Anspruch ""'. dadurch gckenn/cu'hnet, Jaß das auf positivem Potential liegende Hauteil ein der Probe ( P) zugewandter Linsenpolschuh ( L) der Feinstrahllinse und/oder eine Probenkammerwand ( W) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile [z.B. Linsenpolschuh (L), Probenkammerwand ( VV)\ aiii Masse gelegt sind, und daß der an der Probe (P) angebrachte Kontakt (K) mit einer gegenüber den B.uiteilen auf negativem Potential liegenden Eingaugsklcmme des Auswertegeräts (A) oder des \. isiärkiTs (K) verbunden ist.

S. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ein elekuisehes Feld erzeugende Einrichtung aus zwei Elektroden ( /·.'! und £2) aufgebaut ist, wobei die erste Elektrode ( /1) mit dem Minuspol und die /weite Elektrode y 1:2) mil dem PIu:,pol einer reuclbai einstellbaren Spannungsi|iie!lc (Q 1) derail \ci ■ blinden ist. daß ein sich ,111 der Probenobei fläche befindliches Elektron einer von der Probenobei fläche fortzeigenden Kraftkninponen'.i¹ ausgvsei/t ist.

^c). Vorrichtung nach Anspruch S. dadurch {ic kennzeichnet, daß die eisie Elektrode (IA) eine

Metallplatte ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch K, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (£1) ein Meralisieb ist.

1 1. Vorrichtung nach Anspruch K, dadurch gekennzeichnet, daß die ers\e Elektrode (£1) als Probenträger ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (P) selbst die erste Elektrode (£1) ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch K, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (P) teilweise mil einer elektrisch leitenden, die erste Elektrode (£1) bildenden Schicht überzogen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13. dadurch gekennzeichnet, daß der an der Probe (P) bzw. Schicht angebrachte elektrische Kontakt ( K) zur Abnahme des Probenstroms (/ ) über einen Arbeitswiderstand (R) mit dem Minuspol der SpannungvLjuelle (Q) verbunden ist.

\5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche K bis 14. dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (£2) eine Sehneide ist, die in einer Ebene senkrecht zur Richtung des primären Elektronenstrahls (£) angeordnet ist.

1(>. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, ausgenommen Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (£2) eine mit einer Bohrung (Ii) zum Durchtritt des primäre!! Elektronenstrahls (E) versehene elektrisch leitende Platte ist, und daß der Durchmesser der Bohrung (/{) gerade so bemessen ist, daß der durchtretende primäre Elektronenstrahl (£) von dem angelegten positiven Potential nicht merklich beeinflußt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (£2) eine ringförmige Scheibe ist, die konzentrisch /u; Richtung des primären Elektronenstrahls {£) angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Anspiuehe S b's 14. dadurch gekennzeichnet, daß die /w.ite Elektrode (£2) eine Spitze ist

iy. Vorrichtung nach einem der Ansprüche S bis 1 <S. dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Bildkontrastes die zweite Elektrode ( El) in einer Ebene senkrecht zum primären Elektronenstrahl I/ ) verschiebbar ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche K bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode ( £2) in einer Ebene parallel zur Oberfläche der Probe (P) verschiebbar ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche S bis H), daduich gekennzeichnet, daß das /wischen den beiden Elektroden (£1 und £2) von der SpaniHinusqucllc (Ql) erzeugte elektrisch«· Feld zeitlich konstant ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche S bis 1 1 und 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die dem antreffenden primären Elekiionensii aiii ( £) /UL'i. w .:iidic. /v 'iiiicisucIkihIc Piobcnr-bei fl.ichi /wischen dci eisten und ik 1 /weiten Elektiiidc (Al und /-.2) angeordnet ist.

2.v Vonichiung luch einem der Anspiüchc 1 bis 22. «laduieh gekennzeichnet, daß /ur Verande ■ 1 unii des Bildkontrastes im Raum vor eier Probe I Γ) «.me eiiitle F^:lektrode !/'.3) angeordnet und aiii ein gegenüber der/weiten Elektrode negati\es

Potential gelegt ist, und daß das Potential der dritten Elektrode (£3) unabhängig von dem gegenüber der Prcbenoberflüche positiven Potential der /weiten Elektrode (£2) an einer weiteren Spannungsquelle (Q2) einstellbar ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (£3) in einer Ebene senkrecht zur Richtung des primären Elektronenstrahls (£) verschiebbar ist.

25- Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (£3) um eine Achse parallel zum primären Elcktionensirahl (£) drehbar ist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein sehwaches, zeitlich konstantes magnetisches Feld parallel zur Probenoberfläche angelegt ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Probenoberfläche ein elektrisches oder ein zusätzliches magnetisches Feld erzeugende Einrichtung zur periodischen Schwächung oder Unterbrechung des an der Probenoberfiäche ausgelösten Sekundärelektronenstroins (Ι_μ) von einem Funk lionsgenerator (F) ansteuerbar ist.

2K. Vorrichtung nach Anspruch 27. dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstärker ( V) ein schmalbandigüs. auf die Frequenz des Funkt ionsgencrators (F) abgestimmtes Bandpaßfilier vorgeschaltet ist.

2M. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 2.X. dadurch gekennzeichnet. daß der Funktionsgenerator ( F) ein Rechteck- oder ein Sinusgenerator ist.

30. Vorrichtung nach den Ansprüchen 27 Ins 2^l), dadurch gekennzeichnet, daß dei Funktionsgenerator (F) an ein ein schwaches magnetisches Wechselfeld pantile! zur Probenoberflache erzeugendes Spulenpaar angeschlossen ist.

31. Vorrichtung nach einem eier Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ausgangsklemmen (Al und Al) des Funkiionsgeneralors ( F) über eine Serienschallung von /wei Widerstünden (Rl und R2) miteinander verbunden sind, daß der zweite Ausgang (/12) mit der zwei !en Elektrode (£2) und der erste Ausgang (/41) mit der ersten Elektrode ( £1) verbunden ist. und daß ein Abgriff zwischen den beiden Widerstanden (Kl und R2) an Masse geführt ist.

32. Vorrichtung nach einem tier Ansprüche bis 3 i. dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker ( V) durch einen phasenempfindlichen CLIeichrichler mit Vorverstärker! PG). der cingangsseiiig zur Abtrennung einer Gleichstromkomponente kapazitiv oder induktiv'an den !'rollenkontakt ( A!) angekoppelt ist, ersetzt ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32. dadurch !",•kennzeichnet, daß der phasenempfindliche Cilciehrichtcr [PCi) auf die Frequenz, des Funktionsgcnerators [F) iibir^stimmt ist.

3 -1. Vorrichtung nach Aii-.pruch 3 2 odei 33. il.i durch gekennzeichnet, daß der phaM'iicmphndliehe ( ik ichnchtei (P(I) eir. Ph;;:-. n^u-llglu ei he-