DE2063598A1

DE2063598A1 - Elektronenstrahlablenkgerat fur eine Elektronenstrahl vorrichtung

Info

Publication number: DE2063598A1
Application number: DE19702063598
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Akishima Tokio Hirata (Japan) P
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1969-12-25
Filing date: 1970-12-23
Publication date: 1971-07-08
Also published as: DE2063598B2; NL7018708A; US3749964A; JPS4922351B1; NL166576C; GB1340209A; NL166576B

Description

Patentanwalt Dipl.-Phys. Gerhard Liedl 8 München 22 Steinsdorfstr. 21-22 Tel. 29 84 62

B 4960

NIHON DENSHI KABUSHIKI KAISHA 1418 Nakagami-cho, Akishima-shi, TOKYO / Japan

Elektronenstrahlablenkgerät für eine Elektronenstrahlvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektronenstrahlablenkgerät mit wenigstens einer Ablenkvorrichtung, welche zwei Paare von Ablenkspulen zur Erzeugung von gerichteten, senkrecht zueinander und senkrecht zur optischen Achse verlaufenden Magnetfeldern enthält.

Wenn man mittels eines Elektronenmikroskopes ein Dunkelfeldbild und ein Elektronenbeugungsmuster beobachten will, muß man die Erobe mit einem Elektronenstrahl beleuchten können, ohne daß hierbei Beschränkungen hinsichtlich des Neigungswinkels oder des Azimuts des Elektronenstrahles

Dr.D/M 109828/1320

bestehen. Man verwendete daher bis jetzt zur Erfüllung dieser Bedingung ein Elektronenstrahlablenkgerät mit zwei Ablenkvorrichtungen, von denen jede zwei Paare Ablenkspulen enthielt. Bei dieser Anordnung sind die entsprechenden, von jedem Paar der Ablenkspulen gebildeten Magnetfelder senkrecht zur optischen Achse und senkrecht zueinander ausgerichtet. Bei der Verwendung eines derartigen Elektronenstrahlablenkgerätes wird der von einer Elektronenerzeugungsvorrichtung ausgehende Elektronenstrahl um den Betrag α von der ersten Elektronenstrahläblenkvorrichtung und um den Betrag ρ , der proportional und entgegengesetzt zu _α ist, ™ von der zweiten Elektronenstrahlablenkvorrichtung abgelenkt, so daß

die Probe mit einem Neigungswinkel beleuchtet ist, der der Differenz zwischen den Winkeln α und β entspricht.

Bei dieser Anordnung treten jedoch praktische Schwierigkeiten auf, da es sehr schwierig oder praktisch unmöglich ist, Spulen herzustellen, deren Magnetfelder exakt senkrecht zueinander angeordnet sind, sowie Ablenkvorrichtungen, die exakt parallel zueinander wirken. Dies führt dazu, daß es ausgesprochen schwierig wird, während der Beobachtung eine Ver-

punktes des
Schiebung des Auftreff-/ Elektronenstrahles zu vermeiden. In der

DAS 1 299 088 ist eine Vorrichtung zur Vermeidung dieses Nachteiles be-™ schrieben. Es werden hierzu zusätzliche Ablenkspulen in den Ablenkvorrichtungen als Kompensatoren verwendet, wobei die Bedienung der Vorrichtung dadurch vereinfacht ist, daß die Ablenkströme der Kompensa-' tionsspulen gemäß den Ablenkströmen der eigentlichen Spulen geregelt werden. Durch die Verwendung der zusätzlichen Ablenkspulen, die zur Vermeidung des ursprünglichen Fehlers dienen, entstehen jedoch sekundäre Fehler. Diese beruhen in erster Linie auf der gesteigerten Größe der Ablenkvorrichtung sowie der zusätzlichen Schwierigkeit, diese komplizierteren Ablenkvorrichtungen mit einer ausreichenden Präzision hinsichtlich ihrer Orientierung herzustellen. Die erwähnte Vorrichtung ist daher theoretisch äußerst wirkungsvoll. In dor Praxis läßt sich jedoch

⁴⁹⁶⁰ 109828/1320

BAD ORIGINAL

die erwünschte Genauigkeit nicht erreichen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Elektronenstrahlablenkgerät. in Vorschlag zu bringen, dem die genannten Nachteile nicht mehr anhaften und das leicht herzustellen ist. Dieses Elektronenstrahlablenkgerät soll zudem einfach zu bedienen sein, so daß die Ablenkströme automatisch gemäß dem variablen Einfallswinkel des Elektronenstrahles geregelt werden, und die Auftreffstelle des Elektronenstrahles konstant gehalten werden kann. Weiterhin soll das Elektronenstrahlablenkgerät einen Vergleich zwischen Dunkelfeldbildern und Hellfeldbildern im selben Probengebiet erleichtern. "

Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß Schaltkreise vorgesehen sind, welche den Ablenkspulen Ablenkströme zuführen, die aus unabhängig variierbaren Strömen zusammengesetzt sind.

Die beiliegende Zeichnung dient der weiteren Erläuterung der Erfindung. Darin zeigen:

Fig. la diagrammartige Ansichten von Ablenkvorrichtungen, wie und Ib _{sie bei} Qerätgn _gemäß dem Stand der Technik verwendet

werden;

Fig. 2, 3, schematische Blockdiagramme, aus denen die erfindungsgemäße Spannungsversorgung für die Ablenkvorrichtungen ersichtlich ist;

Fig. 6 ein erläuterndes Diagramm von dem Strahlenverlauf eines Elektronenstrahles in einer Ablenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

4960 109828/1320

Fig. 7 ein Diagramm, aus dem die Strahlausrichtung des beleuchteten Elektronenstrahls durch die Ablenkvorrichtung her -vorgeht.

Wie in Fig. 1 dargestellt, sind vier Spulen 2a, 2b, 3a und 3b um einen Kern 1 herumgewickelt, dessen Mittelpunktsachse Z mit der optischen Achse übereinstimmt. Die Spulen 2a und 2b erzeugen ein Magnetfeld in Richtung der X-Achse, während die Spulen 3a und 3b ein Magnetfeld in Richtung der Y-Achse erzeugen.

Fig. 2 zeigt ein Schaltdiagramm der erfindungsgemäßen Spannungsversorgung für die Ablenkeinheit. Eine Spule L, durch welche ein Strom I fließt, wird hier stellvert retend für irgendeine der Spulen 2a, 2b, 3a, 3b gemäß Fig. 1 verwendet. Der Strom I entspricht der Summe des Stromes i , der durch den Widerstand Rs fließt und des Stromes 1δ , welcher s' '

durch den Widerstand Rj fließt. Da jedoch der Strom i6 normalerweise vernachlässigbar ist, entspricht der Strom I im wesentlichen dem Strom

Der Strom i_Q ist gleich der Summe der Ströme L, i«, ig» welche durch die Widerstände r-, r« und r„ fließen. Durch Differentialverstärker 6 und 7 ergeben sich die folgenden Verhältnisse:

¹S

E's= -R_L.i₀ (2)

Hieraus folgt:

4960 109828/1320

τ — i

. i L 4

_R ^l2 "Br·· 3

-^vs s ^

RL.EL 1 R . Ei₉ 1 R_T . Ei, 1

JL · JLj ύ - Ju ' O .

""¹T '⁷T \ ^Γ2 ^Ws ^Ti

(3)

Aus der Formel 3 ist ersichtlich, daß der Ablenkstrom I unabhängig von den variablen Widerstände R-, R«, R« bestimmt ist.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Stromversorgung für die Ablenkvorrichtung, welche zwei Stromregelungstransistoren 11 und 12 enthält. Die Eingangsspannung Ei des Differentialverstärkers 9 entspricht hier im wesentlichen der Spannung E's. Es gelten somit die folgenden Beziehungen:

^{8 K}s ^Rs

Ε« = -Rl-¹O ⁽⁵⁾

Da der Strom L. gleich der Summe der Ströme i^, ig, ig ist, welche durch die Widerstände V₁, r_o, r„ fließen, ergibt sich folgende Beziehung:

1Ü982S/1320

- 6 - ■ . .. ' · . - '■■■■.■

<>■ - - -'fr. ■

. 4.Ί ..

R_L

^RL , H . ⁵T,

R_L. Ei₁ _t ^R _L«^Ei2 ι ^RL*^Ei3

^Rs V'3

(6)

Aus der Beziehung (6) ergibt sich, daß die in Fig. 3 beschriebene Schaltung anstelle der von Fig. 2 verwendet werden kann.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Spannungsversorgung für die Ablenkeinheit, die diesmal drei Stromregelungstransistoren 13, 14 und 15 enthält. Hier fließen Ströme L₁ I«, L· durch die Transistoren 13, 14, 15, welche einen Strom I erzeugen, der durch die Spule L fließt. Algebraisch bedeutet dies

Durch eine Regelung der Eingangsspannungen Es-, Es„ und Es« der Differentialverstärker 16, 17 und 18 läßt sich der Ablenkstrom I in derselben Weise wie bei der Schaltung von Fig. 2 regeln.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Spannungsversorgung für die Ablenkeinheit, welche Differentialverstärker 19 und 20 enthält. Ströme L, L, welche durch Widerstände R₁, R« fließen, erzeugen einen Strom I, welcher durch die Spule L fließt. Dieser Strom I läßt sich algebraisch darstellen, wobei die Gleichung (7) durch folgende Beziehung wiedergegeben werden kann;

100328/1320 '

4960

Ις— +-*}- - -ι—)- τς^ -τς-

(8)

Durch die Regelung der variablen Widerstände r , r₂, r„ werden Spannungen Ei, e* und e, geregelt, so daß der Ablenkstrom I in der gleichen Weise wie bei der Schaltung gemäß Fig. 2 festgelegt wird.

Bei den Spannungsversorgungen für die Ablenkeinheit gemäß den Schaltungen der Fig. 2 bis 5 gibt es drei unabhängige Ströme. Diese Anzahl läßt sich jedoch leicht erhöhen oder erniedrigen, wenn dies erwünscht ist.

Das Verfahren, mit dem ein ein Objekt beleuchtender Elektronenstrahl von einer Ablenkvorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde, abgelenkt wird, wird durch die folgenden Ausführungen ersichtlich.

Der Ablenkstrom Lx von Fig. 6, der das Magnetfeld in Richtung der X-Achse in der ersten Ablenkvorrichtung erzeugt, läßt sich durch folgenden Ausdruck wiedergeben:

h* ^s

In ähnlicher Weise lassen sich der Ablenkstrom Ly zur Erzeugung eines Magnetfeldes in Richtung der Y-Achse in der ersten Ablenkvorrichtung, 4er Ablenkstrom Lx zur Erzeugung des Magnetfeldes in X-Achsenrichtung in der zweiten Ablenkvorrichtung und der Ablenkstrom Ly für die Erzeugung des Magnetfeldes in Richtung der Y-Achse in der zweiten Ablenkvorrichtung ausdrücken:

109828/1320 4980

^y₁ + ^y₂ +.473 (ίο)

(12)

Bei den üblichen Ablenkvorrichtungen, wie sie in einem Elektronenmikroskop verwendet werden, wird der Elektronenstrahl um einen Betrag Οχ. von der ersten Ablenkvorrichtung und um einen Betrag von

0*2 ^von ^^{er zwe}^^en Ablenkvorrichtung abgelenkt, so daß der Elektronenstrahl auf einen Punkt 28 fällt, an dem die optische Achse die Ebene 27 der Probe schneidet. Hierdurch wird der Bestrahlungswinkel θ geregelt. Da jedoch das von der ersten Ablenkvorrichtung in Richtung der X-Achse erzeugte Magnetfeld und das von der zweiten Ablenkvorrichtung in Richtung der X-Achse erzeugte Magnetfeld nicht absolut pa-. rallel zueinander sind, wird unvermeidlicherweise eine Magnetfeldkoxnponente in Richtung der Y-Achse erzeugt. Dies führt dazu, daß dc~- Je- · . leuchtende Elektronenstrahl um einen Betrag (Lx in diese Richtui.? ab- ' gelenkt wird. Hierdurch wird es außerordentlich schwierig, ein Auswandern des Punktes, in den der Elektronenstrahl auf die Probe auftritt, zu vermeiden, ohne daß hierzu eines oder beide Magnetfelder, die in Y-Richtung wirken, als Kompensatoren gegen diese Verschiebungen verwendet werden.

Da zufälligerweise Q_nX₁, O_nX₉, β-χ und θ zueinander proportional lind,

^A * und*

kann man den Proportionalitätskoeffizienten zwischen 9 O und den »wischen Lx-, Lx₂ und Ly« bestimmen. Die Spannungaver·or*, gungsichftltung für dl· Ablenkvorrichtung iflt io ausgebildet, dafl f 1« dal Verhaltnie «wischen Lx-, i-Xj und i^j erfüllt, indem beispielsweise

die Widerstände r-, r- und r^ τοη Flg. 2 verriegelt werden. 4960 ' 109828/1320 BAD ORIGINAL

copy

2Q6 3-5

Durch die Ausbildung der Spannungsversorgung, für die Ablenkvorrich-. tungen in der oben beschriebenen Weise läßt sich der die Probe beleuchtende Elektronenstrahl in X-Richtung vollständig regeln. Eine entsprechende Regelung des die Probe beleuchtenden Elektronenstrahls in Richtung der Y-Achse läßt sich durch eine Regelung yon I₁ y.., ^y₁ und i-x« erhalten. Dies führt dazu, daß der die Probe beleuchtende Elektronenstrahl hinsichtlich jedes Azimuts vollständig geregelt ist. .

Soweit war angenommen worden, daß der beleuchtende Elektronenstrahl parallel zur optischen Achse verläuft. Wenn er dies nicht tut, muß der. Elektronenstrahl entweder mechanisch ausgerichtet werden, was durch eine Verschiebung der Elektronenerzeugungsvorrichtung geschehen kann. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Strahl elektromagnetisch abzulenken, wobei hierbei zwei Ablenkvorrichtungen notwendig sind.

ί Gemäß der Darstellung von Fig. 7 wird der die Probe beleuchtende Elek-. tronenstrahl von einer ersten Ablenkvorrichtung 31a so abgelenkt, daß er . den Schnittpunkt zwischen der optischen Achse und der zweiten Ablenk- -

\ vorrichtung 31b schneidet. Er wird anschließend von der Ablenkvorrich-. tung 31b so abgelenkt, daß er parallel zur optischen Achse verläuft.

■ ■).■■ - ' ■ - - ' ■

j Zur Durchführung der" obengenannten Ausrichtung, benötigt eine übliche v· Ablenkvorrichtung zusätzliche Ablenkspulen. Dies ist Jedoch nicht der ; · Fall bei der erfindungegemäßen Ablenkvorrichtung, bei welcher die Ab* lenkfltröme I₁X₃, ^y₃, ify i₂7₂ gemäß den Gleichungen (9), (10), (11) und (12)

: . anstatt zusätzlicher Ablenkspulen verwendet werden.

j Zur* Erhaltung eines hellen Bildfeldes mit der eriindungsgemäßen Vorrich- ^Ji ,tunf wtrden dl· Ablenkströme I₁X₁, IjX₂, I₁Y₂₁I₁Y₁, I₂Xj, I₂Y₁ Null g«Mtzt und dlt Ablenkströme I₁X₃, I₁Y₃, I₃X₂, I₃Y₂ Wr die Ausrichtung verwendet. Wenn man dagegen ein Dunkelfeldbild erhalten will, werden

109828/1320 _BAD

die Ablenkströme I₁X₃, ^y₃, I₃X₂, i₂y₂ für die Ausrichtung verwendet, während die Ablenkströme ijX^, ijXg, i^y^, Ly₂, igXj, Ly₁ für die Regelung der Neigung des Elektronenstrahles verwendet werden.

Indem man Umschalter für die Ablenkströme vorsieht, läßt sich ein Vergleich von Hell- und Dunkelbildern desselben Probengebietes bemerkenswert vereinfachen.

»In einigen Fällen wird eine Elektronenstrahlablenkvorrichtung mit nur ■
einer Ablenkeinheit für die Ausrichtung verwendet. In diesen Fällen läßt sich die Ausrichtung dadurch vereinfachen, daß man eine Spannungsversorgung für die Ablenkung gemäß der vorliegenden Erfindung vorsieht, da die zwei gerichteten Magnetfelder exakt rechtwinkelig zueinander aus gerichtet werden können, indem man an eine der beiden Ablenkspulen einen Kompensationsstrom anlegt, um das genannte zweifach ausgerichtete Magnetfeld durch die Spannungsversorgung für die Ablenkvorrichtung zu erzeugen.

4960 109828/1320

Claims

Patentansprüche .

1. E lektronenstrahlablenkgerät mit wenigstens einer Ablenkvorrichtung, welche zwei Paare von Ablenkspulen zur Erzeugung von gerichteten, senkrecht zueinander und senkrecht zur optischen Achse verlaufendenMagnetf eldementhält, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltkreise vorgesehen sind, welche den Ablenkspulen Ablenkströme zuführen, die aus unabhängig variierbaren Strömen zusammengesetzt sind.

2. Elektronenstrahlablenkgerät mit zwei Ablenkvorrichtungen, von denen jede zwei Paare von Ablenkspulen zur Erzeugung von gerichteten, senkrecht zueinander und senkrecht zur optischen Achse verlaufendenMagnetfeldementhält, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltungen vorgesehen sind, welche an die Ablenkspulen Ablenkströme anlegen, die sich aus unabhängig voneinander variierbaren Komponenten zusammensetzen.

3. Elektronenstrahlablenkgerät nach Anspimch2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Satz der Ablenkströme automatisch entsprechend dem variablen Einfallswinkel des Elektronenstrahles geregelt wird, so daß die von dem Elektronenstrahl beleuchtete Stelle konstant gehalten wird.

4. Elektronenstrahlablenkgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Satz der Ablenkströme für die Ausrichtung des Elektronenstrahles verwendet wird.

4960 109628/1320