DE2102616A1 - Electron beam device - Google Patents
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Description
El ektr onenstr ahl gerätEl ectr on beam device
Die Erfindung betrifft ein El ektronens traniger ät* insbesondere Elektronenmikroskop, wobei eine Linsenanordnung einen feinen Elektronenstrahl entlang einer elektronenoptischen Acb.se Zustandekommen läßt,, welcher auf die Oberfläche eines Prüflings auf trifft,, wobei ferner eine Ablenkanordnung zur Winkel- oder Drehbewegung des Strahles um den Asiftreffpunkt auf der Früflingsoberflache herum vorgesehen ist, und wobei schließlich ein an eine mit der .Ablenkanordnung synchronisierte Anzeigevorrichtung angeschlos— s-ener Detektor vorhanden ist.The invention relates to an El ektronens traniger ät * in particular electron microscope, with a lens arrangement a fine electron beam along an electron-optical Acb.se brings about, which on the Surface of a test object hits, and also a Deflection arrangement for angular or rotary movement of the beam provided around the Asif meeting point on the breakfast surface is, and finally one to one with the .A deflection arrangement synchronized display device connected s-ener detector is available.
Dabei können die Sekundärelektronen oder zurückgeworfenen Primär elektronen oder der Strom vom Prüfling selbst dazu verwendet werden* ein Bild auf der Anzeigevorrichtung, beispielsweise dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre, zu erzeugen, welche synchron zum Strahl oder Prüfling abgetastet wird. Es kann jedoch auch statt der Elektronen eine elektromagnetische Strahlung, wie beispielsweise Eöntgen« oder !lichtstrahlen,. vom. Detektor aufgenommen und analysiert war-This can be the secondary electrons or thrown back Primary electrons or the current from the test item itself to be used * an image on the display device, for example the screen of a cathode ray tube, which is scanned synchronously with the beam or test object will. However, instead of electrons, electromagnetic radiation, such as X-raying ”or, for example, can also be used ! rays of light ,. from the. Detector was recorded and analyzed
den, welche Strahlung durch das Auf treffen des Elektronen-Strahles erzeugt wird.the, which radiation by the hit on the electron beam is produced.
Bei üblichen Elektronenstrahlgeräten der angegebenen Art wird ein Strahl von Elektronen, herrührend aus einer Elektronenkanone, von einer Samniellinsenanordnung gebildet, welche gewöhnlich zwei elektromagnetische Linsen umfaßt. Das auf der elektronenoptischen Achse zustandekommende Bild der Elektronenquelle wird von einer letzten elektromagnetischen Linse, der sogenannten Objektivlinse, welche eine kurze Brennweite aufweist, zu einem verkleinerten Bild auf der Oberfläche des Prüflings verkleinert» Innerhalb der rückwärtigen Bohrung der Objektivlinse sind Ablenkspulen angeordnet, welche den Strahl in zwei zueinander senkrechten !Richtungen ablenken, welche quer zur Strahlachse verlaufen. Dabei sind bereits zwei Sätze von Ablenkspulen, axial im Abstand von— einander angeordnet, für jede Ablenkrichtung vorgesehen worden, um den Strahl von der Achse weg und dann zurück daraufzu zu lenken, so daß der Strahl, st&ts durch die verhältnismäßig kleine letzte öffnung^In the case of conventional electron beam devices, the specified Art is a beam of electrons, coming from an electron gun, formed by a Samniell lens arrangement, which usually comprises two electromagnetic lenses. The image created on the electron-optical axis of the electron source is converted by a last electromagnetic lens, the so-called objective lens, which has a short focal length, to a reduced image on the Surface of the test specimen reduced »Deflection coils are arranged within the rear bore of the objective lens, which deflect the beam in two mutually perpendicular directions which run transversely to the beam axis. Are there already two sets of deflection coils, axially at a distance of— arranged one above the other, provided for each deflection direction, to move the beam away from the axis and then back towards it to direct so that the beam, st & ts through the proportionately small last opening ^
Bei der Verwendung eines Gerätes dieser Art 1st ein ElektronenkanalisierungSreffekt in Verbindung mit Einkristallprüflingen beobachtet worden,, ähnlich dem durch kristallographische Elektronenbeugung hervorgerufenen Eikuchi-Effekt (Scanning Electron Microscopy 1969» Proceedings of the Second Annual Scanning Electron fücroscope Symposium,. April 1969)· Dieser Elektronenkanalisierungseffekt wird als "Pseudo-Eikuchi-Effekt" bezeichnet» Der Kontrastr d-en; das Küster im Bild hervorruft, ist das Ergebnis der Variation des Wickels vom einfallenden Strahl bezüglich der lris*allsi:ruktur beim Hin- und Herlauf des Strahles. Bei einer solchen. Anordnung ist also eine Winkelablenkung oder -abtastung: ein wesentli-When using a device of this type, ElektronenkanalisierungSreffekt been 1st in conjunction with Einkristallprüflingen observed ,, similar to that caused by crystallographic electron diffraction Eikuchi effect (Scanning Electron Microscopy 1969 "Proceedings of the Second Annual Scanning Electron fücroscope Symposium ,. April 1969) · This electron channeling effect is called the "pseudo-Eikuchi effect" »The contrast r d-en; the sexton evokes in the picture is the result of the variation of the wrap of the incident ray with respect to the iris * allsi: structure as the ray travels back and forth. With such a. Arrangement is an angular deflection or scanning: an essential
eher Teil des Verfahrens, und das hervorgebrachte Muster ist daher notwendigerweise dasjenige einer wesentlichen Fläche des Prüflings, beispielsweise in der Größenordnungrather part of the process, and the pattern produced is therefore necessarily that of a substantial area of the test object, for example of the order of magnitude
von zwei oder drei mm . Die Auflösung ist durch die Winkelstreuung des Strahles begrenzt, welcher sich in untergebündeltem Zustand befindet. of two or three mm. The resolution is due to the angular spread of the beam, which is in the sub-bundled state.
Bei einer anderen vorgeschlagenen Anordnung ist die Ablenkung abgeschaltet, so daß der Strahl auf einer ortsfesten Achse verbleibt, während der Prüfling um zwei orthogonale Achsen gekippt wird, welche durch den Auftreffpunkt laufen. Mechanische Bedingungen begrenzen die Genauigkeit und Winkelauflösung der Muster. m In another proposed arrangement, the deflection is switched off so that the beam remains on a fixed axis while the test specimen is tilted about two orthogonal axes which run through the point of impact. Mechanical conditions limit the accuracy and angular resolution of the patterns. m
Ein anderer "Vorschlag besteht darin, die relativen Ströme im oberen und unteren Satz von Ablenkspulen zu verändern, bis der Schnittpunkt tatsächlich in der Prüflingsoberfläche liegt, anstatt sich gerade oberhalb der letzten Öffnung im Bereich des vorderen Polstücks der letzten Linse zu befinden. Die Ablenkspulen bewegen den Strahl um den Auftreffpunkt auf dem Prüfling. In praxi ist dieser Punkt kein geometrischer Brennpunkt, sondern eine Verwaschungsscheibe, deren Fläche von den elektronenoptischen Aberrationen, d. h. Abweichungen der Ablenkspulen bestimmt ist. Diese Aberrationen haben üblicherweise eine Verwaschungs- M scheibe mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 50 M Another "proposal is to vary the relative currents in the upper and lower sets of deflection coils until the intersection is actually in the specimen surface, rather than just above the last opening in the front pole piece area of the last lens. The deflection coils move the beam to the point of impingement on the specimen. in practice, this point is not a geometric focal point, but a Verwaschungsscheibe whose area is determined by the electron optical aberrations, that is deviations of the deflection coils. These aberrations usually have a Verwaschungs- M disc with a diameter in the Of the order of 50 m
zur Folge. Die letzte Linse ist entweder abgeschaltet oder im untergetündelten Bereich betrieben.result. The last lens is either switched off or operated in the subdivision area.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Elektronenstrahlgeräts der eingangs angegebenen Art, mit welchem Pseudo-Kikuchi-Muster von kleinen Flächenbereichen erhalten werden können.The object of the invention is to create an electron beam device of the type specified at the outset, with which pseudo-Kikuchi pattern obtained from small surface areas can be.
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Demgemäß ist das erfindungsgemäße Elektronenstrahlgerät dadurch, gekennzeichnet, daß die Linsenanordnung so angeordnet und ausgestaltet ist, daß ein Bild in der Ebene einer Ablenkspulenanordnung zustandekommt, welche den Strahl in einer Öffnung einer letzten Linse diese abtastend bzw. überstreichend ablenkt, welche Linse als weiteres Ablenkorgan wirkt und den Strahl auf die elektronenoptische Achse zurücklenkt.Accordingly, the electron beam device of the present invention is characterized in that the lens arrangement is arranged and designed so that an image is in the plane A deflection coil arrangement comes about, which scans or scans the beam in an opening of a last lens. sweeping deflects which lens acts as a further deflecting element and the beam onto the electron-optical axis steers back.
Die Erfindung kann bei bekannten Elektronenstrahlgerät en einfach dadurch verwirklicht werden, daß als Ablenklinse die letzte oder Objektivlinse der normalen Strahlbündelungsanordnung verwendet wird. Sind in dem Gerät zwei Sätze von Ablenkspulen vorhanden, dann wird die erste Ablenkung in der Ablenkanordnung vom ersten Spulensatz allein bewirkt, und der zweite Spulensatz wird entfernt oder zumindest abgeschaltet. The invention can be applied to known electron beam devices en can be realized simply by the fact that the last or objective lens of the normal beam bundling arrangement is used as the deflecting lens is used. If there are two sets of deflection coils in the device, the first deflection will be caused in the deflection of the first coil set alone, and the second coil set is removed or at least switched off.
Wie bei bekannten Geräten erfolgt die Ablenkung normalerweise in zwei orthogonalen Richtungen, senkrecht zur elektronenoptischen Achse.As with known devices, the deflection usually takes place in two orthogonal directions, perpendicular to the electron optical axis.
Es sollen Informationen über die Kristallstruktur an grundsätzlich einem Einzelpunkt gewonnen werden, d. h. in einem möglichst kleinen Bereich des Prüflings. Die unvermeidliche sphärische Aberration der Linse hat Variationen des Auftreffpunkts bei der Ablenkung zur Folge, so daß der bestrichene Bereich größer als wünschenswert ist. Dies kann durch Eingabe eines Korrektursignals vermieden werden, das synchron mit dem Ablenksignal sich ändert. Zur Korrektur kann die scheinbare Position des Bildes der Elektronenquelle, welches das Objekt der letzten Linse bildet, synchronInformation about the crystal structure should basically be obtained at a single point, i. H. in as small an area of the test object as possible. The inevitable spherical aberration of the lens has variations of the point of impact in the deflection result, so that the painted area larger than is desirable. This can be avoided by entering a correction signal that changes synchronously with the deflection signal. For correction, the apparent position of the image of the electron source, which forms the object of the last lens, synchronously
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mit der Abtastablenkung entlang der elektronenoptischen Achse rhythmisch verschoben werden. Dazu können die beiden axial im Abstand voneinander angeordneten Ablenkspulensätze beibehalten werden, gegebenenfalls unter Zusatz eines dritten Spulensatzes, wobei dann der Strom in diesen Spulen auf geeignete Weise verändert wird.with the scanning deflection along the electron-optical axis be shifted rhythmically. For this purpose, the two sets of deflection coils arranged axially at a distance from one another can be retained , if necessary with the addition of a third set of coils, the current in these coils then being adjusted to suitable Way is changed.
Stattdessen kann die sphärische Aberration der letzten Linse auch dadurch korrigiert werden, daß unmittelbar der Strom darin im Gleichlauf mit der Abtastablenkung verändert wird. Jedoch begrenzt die hohe Induktivität einer elektromagnetischen Linse mit Eisenkern die Geschwindigkeit der Änderung eines solchen Korrektursignals beträchtlich, so daß die Gesamtablenk- bzw. -abtastgeschwindigkeit sehr niedrig ist. Dadurch ist die Nützlichkeit des Gerätes wesentlich eingeschränkt. Deswegen wird vorzugsweise als letzte Linse eine sogenannte "Mini-Linse" ohne Eisenkern, d. h. mit Luftkern verwendet, oder eine solenoidartige Linse. Es kann jedoch auch eine letzte Hauptlinse mit Eisenkern beibehalten werden, wenn der Korrekturstrom einer Hilfslinse aufgegeben wird, vorzugsweise ohne Eisenkern, d. h. mit Luftkern. Stattdessen oder zusätzlich kann in weiterer Vervollkommnung der Erfindung an Stelle eines normalen orthogonalen Rasters einer Reihe von Zeilen zum Aufbau eines Bildes die Ablenkung oder Abtastung polarkoordinatenartig erfolgen, und zwar mit einer verhältnismäßig schnellen Dreh- oder Winkelablenkung und einer langsamen radialen Ablenkung. Auf diese Weise kann eine gegebene Fläche des reproduzierten Bildes, welche einen gegebenen Festwinkelbereich beim Auftreffen des Strahles repräsentiert, in verhältnismäßig kurzer Zeit überstrichen werden, wobei der Radiusvektor danach sich nur verhältnismäßig langsam ändert, so daß das Korrektursignal, welches sich lediglich entsprechend der Änderung des Radiusvektors verändernInstead, the spherical aberration of the last lens can also be corrected by that immediately the current therein changes in synchronism with the scanning deflection will. However, the high inductance of an iron-core electromagnetic lens limits the speed the change of such a correction signal is considerable, so that the overall scanning speed is very slow is. This significantly limits the usefulness of the device. This is why it is preferred as the last lens a so-called "mini lens" without an iron core, d. H. used with an air core, or a solenoid-type lens. However, it can even a last main lens with an iron core can be retained if the correction current of an auxiliary lens is abandoned is, preferably without an iron core, d. H. with air core. Instead of this or in addition, instead of a normal orthogonal grid, a Series of lines to build up an image are deflected or scanned in polar coordinates, with a relatively fast turning or angular deflection and a slow radial deflection. That way, a given area of the reproduced image, which represents a given fixed angle range when the beam hits, be swept over in a relatively short time, the radius vector thereafter only proportionally slowly changes, so that the correction signal, which only changes according to the change in the radius vector
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muß, eimgegebea werden kann.must, can be given.
Demzufolge ist das erfindungsgemäße Elektronenstrahlgerät dann, wenn es eine elektromagnetische letzte Linse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkspulenanordnung von einem Generator mit solchen Signalen beaufschlagt wird, daß der Strahl polartig abgelenkt wird und sich entlang einer konischen Bahn mit sich langsam änderndem Spitzenwinkel bewegt. Dabei wird die Anzeigevorrichtung mit Vorteil vom Generator so beaufschlagt, daß ein spiralförmig abgetastetes, mit der Polarablenkung des Strahles synchronisiertes Bild erzeugt wird.Accordingly, the electron beam device according to the invention is when it has an electromagnetic final lens, characterized in that the deflection coil arrangement is applied by a generator with such signals, that the beam is deflected like a pole and moves along a conical path with a slowly changing tip angle emotional. The display device is advantageously acted upon by the generator in such a way that a spirally scanned, image synchronized with the polar deflection of the beam is generated.
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Wachstehend ist die Erfindung an Hand der "beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben· Darin zeigen:In the following, the invention is attached with reference to the " Drawings described, for example, in which show:
Pig. 1 den Aufbau eines Elektronenstrahlgerätes in schematischer Wiedergabe;Pig. 1 shows the structure of an electron beam device in schematic representation;
Fig. 2 eine orthodoxe Ablenkanordnung zum Bestreichen eines Bereiches einer Prüflingsoberfläche, gleichfalls in schematischer Wiedergabe;Fig. 2 shows an orthodox deflection arrangement for painting an area of a test object surface, also in a schematic representation;
3 iuid 4 jeweils eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer Anordnung zur Erzielung von Elektronenkanalisierungswirkungen (Pseudo-Kikuchi) durch M Verwendung der vorhandenen doppeltablenkenden Spulen bzw. der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem einzigen Satz von Ablenkspulen und einer Ablenklinse;3 IUID 4 each one of the corresponding to Figure 2 showing an arrangement for obtaining electron channeling effects (pseudo-Kikuchi) by M using the existing doppeltablenkenden coil or the arrangement of the invention with a single set of deflection coils and a deflection lens.
Pig. 5 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Vorteile eines spiralförmigen Abtastens bzw. Ablenkens gegenüber einer geraden Abtastung bzw. Ablenkung.Pig. 5 is a diagram to illustrate the advantages a spiral scan versus a straight scan.
Gemäß Pig. 1 besteht ein übliches Elektronenmikroskop zum Abtasten bzw. Beobachten eines bestimmten Bereichs einer Prüflingsoberfläche aus einer Elektronenquelle oder -kanone G, deren Elektronen durch zwei Sammellinsen L1 und M L2 zu einem Strahl gebündelt werden. Die Sammellinsen L1 und L2 erzeugen ein verkleinertes Bild der Quelle oder Kanone G, welches durch eine letzte strahlformende Linse L3 weiter vermindert wird, so daß der Durchmesser des Auftreffpunktes des Strahles auf der Oberfläche des Prüflings S, durch welchen Auftreffpunkt die elektronenoptische Achse A läuft, größenordnungsmäßig 50 Angström oder weniger ausmachteAccording to Pig. 1 there is a conventional electron microscope for scanning or observing a specific area of a test object surface from an electron source or gun G, the electrons of which are bundled into a beam by two converging lenses L1 and M L2. The converging lenses L1 and L2 generate a reduced image of the source or cannon G, which is further reduced by a last beam-shaping lens L3, so that the diameter of the point of impact of the beam on the surface of the test object S, through which point of impact the electron-optical axis A runs, on the order of 50 angstroms or less
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Zwei Paare von Ablenkspulen D1 und D2 (Fig. 2) bewirken, daß der Elektronenstrahl nicht auf einem einzigen Punkt auftrifft, sondern vielmehr einen Flächenbereich des Prüflings S abtastet, und zwar mit einem Easter ähnlich einem Fernsehablenk- bzw. -abtastraster. Aus noch zu beschreibenden Gründen ist nicht nur ein Satz Ablenkspulen für jede der beiden zueinander senkrechten Ablenk- bzw. Abtastrichtungen vorgesehen. Es sind vielmehr zwei in Richtung der Achse A im Abstand voneinander angeordnete Spulensätze vorhanden, so daß der Elektronenstrahl zuerst von der Achse A weg und dann zurück daraufzu gelenkt wird.Two pairs of deflection coils D1 and D2 (Fig. 2) cause that the electron beam does not strike a single point, but rather a surface area of the test object S scans, with an Easter similar a television scanning grid. From still to Descriptive reasons is not just one set of deflection coils for each of the two mutually perpendicular deflection or scanning directions intended. Rather, they are two sets of coils arranged at a distance from one another in the direction of the axis A is present so that the electron beam is first directed away from axis A and then back towards it.
Die Sekundärelektronen oder zurückgeworfenen Primärelektronen, welche vom Auftref'fpunkt an der Prüflingsoberfläche ausgehen, werden aufgefangen, um ein Signal zu erzeugen, welches verstärkt und dazu verwendet wird, die Helligkeit des Jlecks einer Kathodenstrahlröhre T zu steuern, deren Strahl synchron mit dem Primärelektron ens trahl abgelenkt wird, und zwar mittels eines gemeinsamen Abtastgenerator ο B. Εε wird so auf den Schirm der Röhre T ein zwo ld j reri;*lonal es Bild erzeugt, welches die räumliche Ver- -:-jj'uir £o ;.<·]■''-.r hiiriomene in dem abgetasteten Bereich der Pr-'-ifl^ag:.-' " Clnolie wiedergibt, welche Variationen der zu-L'ücl>:gev;r-(; η otrah^-ung bewirken, so daß die Oberflächengestalt öer .'ier elektrische oder magnetische Zustand ersicrrii ch wird.The secondary electrons or reflected primary electrons, which emanate from the point of impact on the surface of the test specimen, are captured in order to generate a signal which is amplified and used to control the brightness of the leak of a cathode ray tube T whose beam emits synchronously with the primary electron is deflected, namely by means of a common sampling generator ο B. Εε a two ld j reri; * lonal image is generated on the screen of the tube T, which the spatial ver -: -jj'uir £ o;. <· ] ■ '' -. R hiiriomene in the scanned area of the Pr -'- ifl ^ ag: .- '"Clnolie reproduces which variations of the zu-L'ücl>: gev; r- ( ; η otrah ^ -ung cause so that the surface shape Oer .'ier electric or magnetic state is ersicrrii ch.
Bei einem typischen Gerät sind die beiden Abi ■ spul ensat z-e in der rückseitigen Bohrung der letzter . - . aufgenommen, welche fast unveränderlich elektroms :, ist. Tin die Pleckgroße klein zu halten, muß die :-': ^ ehe Aberration begrenzt sein, weswegen die letzte in/jr,;/ Jy gemäß i\ -:. ':'. ■;■ iu.fi kleine AusgangsöXf'nunr Al "uofwe-s1-. in .F'it·:;..In a typical device, the two reel sets in the back hole are the last. -. recorded, which is almost invariable elektroms:,. To keep the pleck size small, the: - ' : ^ before aberration must be limited, which is why the last in / jr ,; / Jy according to i \ - :. ':'. ■; ■ iu.fi small exit oXf'nunr Al "uofwe-s 1 -. In .F'it ·:; ..
1 0 9 in 1 ' ! »AD1 0 9 in 1 ' ! “AD
2 ist der -untere Teil der Säule des Gerätes gemäß schematisch wiedergegeben. Dies erklärt den Zweck der beiden axial im Abstand voneinander angeordneten Sätze von Ablenkspulen D1 und D2, womit nämlich, sichergestellt sein soll, daß der Strahl trotz seitlicher Ablenkung stets durch die Öffnung A1 läuft, welche in nächster Nähe der Hauptebene der Linse L3 liegt.2, the lower part of the column of the device is shown schematically according to FIG. This explains the purpose of the two axially spaced sets of deflection coils D1 and D2, which is to be ensured should that the beam always runs through the opening A1, which is in close proximity to the main plane, despite lateral deflection the lens L3 lies.
Um bei einem abtastenden Elektronenmikroskop mit einer elektronenkanalisierenden Wirkung (Pseudo-Kikuchi-Effekt) zu arbeiten, wird der Einfallwinkel des Elektronenstrahles auf die Prüflingsoberfläche zyklisch bzw. periodisch variiert. Obwohl der besagte Effekt oft dann beobachtet werden kann, wenn ein beträchtlicher Oberflächenbereich eines Prüflings abgetastet wird, wenn nur der abgetastete Bereich ein einziger Kristall ist, so wird doch der Effekt an einer einzigen Stelle bevorzugt untersucht. Dazu hat man von einer Ablenkung des Strahles abgesehen und stattdessen den Prüfling um zwei orthogonale Achsen gekippt, welche zur Achse A senkrecht und durch den Auftreffpunkt verlaufen. Das Ergebnis wurde als zweidimensionales Bild reproduziert, und zwar auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre, wobei die X- und Y-AbIenkungen mit den beiden Winkelablenkungen des Prüflings synchronisiert sind.In order to use a scanning electron microscope with an electron channeling effect (pseudo-Kikuchi effect) To work, the angle of incidence of the electron beam on the test object surface is varied cyclically or periodically. Although the said effect can often be observed when there is a considerable surface area of a specimen is scanned when only the scanned area is a single crystal, the effect will be on a single crystal Location preferred examined. To do this, one has to refrain from deflecting the beam and instead use the test object tilted about two orthogonal axes which run perpendicular to axis A and through the point of impact. The result was reproduced as a two-dimensional image on the screen of a cathode ray tube with the X and Y deflections are synchronized with the two angular deflections of the test object.
Gemäß Fig. 3 ist auch schon vorgeschlagen worden, die öffnung A1 der letzten Linse L3 zu vergrößern und den Brennpunkt der von den beiden Linsen L1 und L2 gebildeten Linsenanordnung nach unten zu verschieben, so daß er mit der Prüflingsoberfläche zusammenfällt. Zugleich wurde die relative Stärke der Spulen D1 und D2 so eingestellt, daß die Spulen beim Ablenken des Strahles diesen zur Achse A an der Prüflingsoberfläche statt in der öffnung A1 zurück-According to FIG. 3, it has also been proposed to enlarge the opening A1 of the last lens L3 and to enlarge the To move the focal point of the lens arrangement formed by the two lenses L1 and L2 downwards, so that it is with the specimen surface collapses. At the same time, the relative strength of the coils D1 and D2 was adjusted so that the coils when deflecting the beam back to axis A on the test object surface instead of in opening A1.
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führen. Die erhaltenen Informationen wurden wiederum in !Form eines zweidimensional en Bildes auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre T reproduziert, wobei die Winkelablenkung des Primärelektronenstrahles in zwei Richtungen im Bild durch lineare Verschiebung des Fleckes auf dem Schirm in zwei linearen Richtungen wiedergegeben ist. Das Bild zeigt eine Reihe von einander schneidenden hellen und dunklen Bändern, wovon Informationen über die Kristallstruktur am Auftreffpunkt erhalten werden können.to lead. The information obtained was again in the form of a two-dimensional image on the screen of a Cathode ray tube T reproduces, with the angular deflection of the primary electron beam in two directions in the image by linear displacement of the spot on the Screen is displayed in two linear directions. The picture shows a series of intersecting bright and dark bands, from which information about the crystal structure at the point of impact can be obtained.
In KLg. 4 ist die erfindungsgemäße Anordnung wiedergegeben. Der zweite Satz von Ablenkspulen D2 wird nicht benötigt, zumindest nicht zum Ablenken. Hinter der zweiten Linse L2 ist eine öffnung A2 vorgesehen, welche sehr viel kleiner ist als die bekanntermaßen an dieser Stelle vorhandene Öffnung und beispielsweise einen Durchmesser von nur 10 mm aufweist, um die Divergenz des Strahles zu vermindern. Der Strom in den Linsen L1 und L2 wird so eingestellt, daß ein Bild der Quelle oder Kanone G an einem Punkt I der Achse A in der Ebene der Ablenkspulen D1 hervorgerufen wird. Diese Spulen D1 werden zur Ablenkung des Strahles mit einer sägezahnförmigen Spannung beaufschlagt. Der Strahl wird in jeder von zwei senkrechten Ebenen abgelenkt, doch sei hier der besseren "Verständlichkeit wegen nur eine Ebene in Betracht gezogen. Der Strom der letzten Linse L3 ist so eingestellt, daß sie das Bild in der Ebene der Spulen D1 derart bündelt, daß an der Prüflingsoberfläche ein verkleinertes Bild gegeben ist. Die Ebene der Ablenkspulen D1 und der Auftreffpunkt auf der Prüflingsoberfläche stellen also konjugierte Punkte bezüglich der Linse L3 dar. Die Linse L3 wirkt jedoch nicht nur als Sammellinse, sondern stellt zugleich einen Teil der Ablenkanordnung dar. Auf Grund der normalen Linsenwirkung beugt die Linse L3 jeden Strahl zurIn KLg. 4 shows the arrangement according to the invention. The second set of deflection coils D2 is not needed, at least not for deflection. Behind the second Lens L2, an opening A2 is provided which is very much smaller than that which is known to be present at this point Opening and, for example, a diameter of only 10 mm to reduce the divergence of the beam. The current in the lenses L1 and L2 is adjusted so that an image of the source or cannon G at a point I the Axis A is caused in the plane of the deflection coils D1. These coils D1 are used to deflect the beam with a sawtooth voltage applied. The beam is deflected in each of two perpendicular planes, but be here for the sake of better understanding, only one level has been considered. The current of the last lens L3 is set in such a way that that it bundles the image in the plane of the coils D1 in such a way that there is a reduced image on the surface of the test object Picture is given. The plane of the deflection coils D1 and the point of impact on the surface of the test object are thus conjugate Represent points with respect to the lens L3. The lens L3 acts not only as a converging lens, but also represents part of the deflection arrangement. Due to the normal lens action, the lens L3 bends each beam towards
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Achse A hin zurück, welcher versetzt gegenüber der Achse A durch die Linse LJ hindurchläuft.Axis A back, which is offset from axis A and passes through lens LJ.
Wenn die Ablenkspulen D1 den Strahl in der Öffnung A1 der letzten Linse LJ hin- und herlenken, welche Öffnung einen Größendurchmesser von beispielsweise 2 mm aufweist, dann lenkt die Linse LJ den Strahl zur Achse ·':. in einem solchen Ausmaß zurück, welches von seinem Abstand von der Achse A abhängt, so daß der Strahl an der Prüflingsoberfläche in einem Brennpunkt gebündelt und außerdem stets an einem festen Fleck der Prüflingsoberfläche einfallend gehalten ist.If the deflection coils D1 deflect the beam back and forth in the opening A1 of the last lens LJ, which opening has a size diameter of for example 2 mm, then the lens LJ directs the beam to the axis · ':. in such a Extent back, which depends on its distance from the axis A, so that the beam on the specimen surface in focussed on a focal point and is also always held incidentally at a fixed spot on the surface of the test specimen.
Wenn also die Ablenkspulen D1 den Strahl hin- und her ablenken, läuft der Strahl um einen festen Auftreffpunkt auf der Prüflingsoberfläche herum. Beispielsweise kann die Gesamtwinkelablenkung in jedem Fall δ Grad und der Auftrefflächenbereich etwa 10 .-u im Durchmesser betragen. Der xvirkliche Durchmesser des Strahles an diesem Punkt beträgt lediglich 1/U, jedoch ist die Linse LJ hinsichtlich der Ablenkwirkung; und der Sammelwirkung der sphärischen Aberration unterwerfe::, εο daß der" Strahl die Achse A an einem Punkt kreust, wr-L^L-r? "hei großer Ablenkung der Linse näher liegt, als bei :.": i:*.-;-r;- Ablenkung, so daß der Auftreffpunkt sich tatsä~~.:.!:!. vii -<~.k'ver.c. ier Ablenkung bzw. des Abtast ens bewegt. Jj Die :.r;elliiii;^ "■ _-r Prüflingsoberfläche wird daher an einem srlelisn Punkt :,.θ::1 Achse A gewählt, wo ein "Kreis geringster Ter-wascliTLiic" gegeben ist, nicht aber am theoretischen Brennpunkt, .Tier besagte Kreis weist angegebenermaßen einen Durchmesser et-?i'a 10 Ai auf.So when the deflection coils D1 deflect the beam back and forth, the beam travels around a fixed point of impact on the specimen surface. For example, the total angular deflection can in each case be δ degrees and the area of impact can be approximately 10 .mu. in diameter. The xreal diameter of the beam at this point is only 1 / U, but the lens is LJ in terms of deflection; and subject to the collecting effect of the spherical aberration ::, εο that the "ray crosses the axis A at a point, wr-L ^ Lr?" is closer to greater deflection of the lens than at:. " : i: * .-; -r; - deflection so that the point of impact actually moves.:.!:!. v ii - <~. k 'ver.c. for deflection or scanning. Jj Die: .r; elliiii; ^ "■ _-r test object surface is therefore chosen at a srlelisn point:,. Θ :: 1 axis A, where a" circle of least ter-wascliTLiic "is given, but not at the theoretical focal point. Animal said circle has a specified diameter et-? i'a 10 ai on.
Bei der Anordnung genäß Fig. J können die Spulen DI bewirken, daß der Strahl den festen Punkt auf der Prüflingsoberfläche in einem festen Winkel abtastet, und zwarIn the arrangement according to FIG. J, the coils DI can cause the beam to reach the fixed point on the specimen surface scans at a fixed angle, namely
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mittels eines sogenannten "Winkelrasters", d. h. durch Beaufschlagung der Ablenkspulen in einer Ebene mit einer schnellen sägezahnförmigen Spannung ähnlich der Zeilenablenkung bei einem fernsehartigen Raster, während in der anderen Ebene die Spulen mit einer langsameren sägezahnförmigen Spannung beaufschlagt werden, welche der Fernsehbildabtastung ähnlich ist. Das Bild auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre T liegt in Form eines zweidimensionalen Rasters vor, welcher genau wie ein Fernsehraster von denselben beiden sägezahnförmigen Spannungen erhalten wirdoby means of a so-called "angle raster", ie by applying a fast sawtooth voltage similar to the line deflection in a television-like grid, while in the other plane the coils are subjected to a slower sawtooth voltage, which is similar to the television image scanning. The image on the screen of the cathode ray tube T is in the form of a two-dimensional grid, which is obtained from the same two sawtooth-shaped voltages, just like a television grid
Der kleinste Flächenbereich, welcher in der Auftreff region an der Prüflingsoberfläche abgetastet wird, kann durch Korrektur der sphärischen Aberration der Linse L3 vermindert werden. Dies kann grundsätzlich auf zweierlei Art geschehen. Bekanntlich bewirkt die sphärische Aberration, daß diejenigen Elektronen, welche durch die Linse in beträchtlichem radialen Abstand von der Achse hindurchlaufen, in einem Brennpunkt auf der Achse zusammenlaufen, welcher der Linse näher als derjenige liegt, welcher denjenigen Elektronen zugeordnet ist, die die Linse in der Nähe der Achse durchlaufen. Dies kann dadurch kompensiert werden, daß der Bildpunkt I, welcher von den Linsen L1 und L2 gebildet wird, entlang der Achse während des Abtastens bzw. Ablenkens rhythmisch hin- und herbewegt wird, so daß er von der Linse L3 bei großen Ablenkwinkeln weiter entfernt ist, als bei kleinen Ablenkwinkeln. Dann liegt der Bild- oder Brennpunkt während des ganzen Abtast- oder Ablenkzyklus stets an derselben Stelle der Achse, d. h. genau an der Prüflingsoberfläche.The smallest area that is scanned in the impact region on the test object surface, can be made by correcting the spherical aberration of lens L3 be reduced. This can basically be done in two ways. As is well known, the spherical aberration causes that those electrons which pass through the lens at a considerable radial distance from the axis, converge at a focal point on the axis which is closer to the lens than that which is to those electrons which pass through the lens near the axis. This can be compensated for by the Image point I, which is formed by the lenses L1 and L2, rhythmically along the axis during the scanning or deflection is reciprocated so that it is further away from the lens L3 at large deflection angles than at small ones Deflection angles. Then the image or focal point is always on the same during the entire scanning or deflection cycle Location of the axis, d. H. exactly on the specimen surface.
Zur Bewegung des Bildpunktes 1 wird der Strom in der Linse L2 und gegebenenfalls in der Linse L1 variiert. Zugleich muß die primäre Ablenkanordnung modifiziert weroen,To move the image point 1, the current in the lens L2 and, if necessary, in the lens L1 is varied. At the same time, the primary deflection arrangement must be modified,
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damit der Bildpunkt I axial verschoben werden kann. Zusatzlieh zu dem Spulenpaar D1 kommen dann noch die Spulen D2 zum Einsatz, gegebenenfalls auch noch ein drittes Spulenpaar E. Durch geeignete Einstellung des Stromes in diesen drei Spulenpaaren kann der scheinbare Ursprung der Primärablenkung , gesehen von der letzten Linse L3, wie erforderlich entlang der Achse sich bewegen, wobei dieser Ursprung stets mit dem Bildpunkt I zusammenfallt. In praxL wird der Strom in der zweiten Sammellinse L2 verändert, um den Bildpunkt I entlang der Achse A synchron mit der Ablenkung zu bewegen. Beispielsweise bewegt sich der Punkt I in Fig. 3 synchron mit der Ablenkamplitude, und es wird ein Signal vom Strom in der Linse L2 abgeleitet und zur Steuerung der Verhältnisse der Ströme in den Spulen D1 und D2 sowie gegebenenfalls E verwendet, so daß der scheinbare Ursprung der seitlichen Ablenkung, hervorgerufen von diesen Spulen, mit dem Bildpunkt I zusammenfällt.so that the pixel I can be shifted axially. Additional loan In addition to the coil pair D1, the coils D2 are used, and possibly also a third coil pair E. By suitably setting the current in these three pairs of coils, the apparent origin of the primary deflection, seen from the last lens L3, move along the axis as required, this origin always coinciding with the Pixel I coincides. In practice, the electricity is in the second converging lens L2 changed in order to move the image point I along the axis A in synchronism with the deflection. For example the point I in Fig. 3 moves in synchronism with the deflection amplitude, and a signal from the current in the Lens L2 derived and used to control the ratios of the currents in the coils D1 and D2 and possibly E, so that the apparent origin of the lateral deflection caused by these coils is with the pixel I. coincides.
Die sphärische Aberration kann auch auf andere Art und Weise korrigiert werden, nämlich durch unmittelbare Veränderung des Stromes in der letzten Linse L3 im Gleichlauf mit der Ablenkung, so daß die effektive Brennweite der Linse L3 simultan, d. h. gleichlaufend mit dem radialen Abstand von der Achse A verändert wird, mit welchen der Elektronenstrahl durch die Linse läuft. In diesem Fall bleibt der Bildpunkt I ortsfest, so daß die primäre Ablenkung allein durch den einzigen Spulensatz D1 erfolgen kann, also die Spulen D2 und E fehlen können.The spherical aberration can also be corrected in other ways, namely by direct Change of the current in the last lens L3 in synchronism with the deflection, so that the effective focal length of the Lens L3 simultaneously, i.e. H. concurrent with the radial distance is changed by the axis A with which the electron beam passes through the lens. In this case it remains the pixel I is stationary, so that the primary deflection can take place solely through the single coil set D1, that is the coils D2 and E may be missing.
Die elektromagnetische Linse L3 mit Eisenkern weist solche Abmessungen und Leistung auf, daß sie mit einer beträchtlichen Induktivität behaftet ist. Es ist daher im Grunde genommen unmöglich, den Strom im Gleichlauf mit der Zei-The iron core electromagnetic lens L3 has such dimensions and performance that it can with a considerable Is affected by inductance. It is therefore basically impossible to keep the current in sync with the
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lenablenkung eines typischen AbIenkrasters zu variieren, bei welchem die Gesamtzeit für eine Bildablenkung größenordnungsmäßig einige Sekunden beträgt, die Zeit für eine einzelne Zeilenablenkung (oder eine einzelne Winkelablenkung durch die Spulen D1 und die Zeilenrichtung) lediglich 1/100 see ausmacht.to vary the deflection of a typical scanning grid, at which the total time for an image deflection is on the order of magnitude a few seconds, the time for a single line deflection (or a single angular deflection due to the coils D1 and the line direction) is only 1/100 see.
Um die gewünschte Korrektur vorzunehmen, wird statt der beiden Winkelablenkungen in zueinander senkrechten Eichtungen eine Ablenkung mit Polarkoordinaten vorgenommen, wobei das Winkelsignal schnell variiert und das radiale Signal sich langsam verändert. Der Strahl beschreibt dann eine konische Bahn mit sich langsam änderndem Spitzenwinkel. In Pig. 5 ist ein zweidimensionales Bild wiedergegeben, wie es auf dem Schirm einer Kathodenstrahlröhre erscheint, welches aus einer Reihe gerader Zeilen besteht, wie bei einem Pernseh-Raster. Dieser ist in Pig· 5 quadratisch eingezeichnet, doch ist dies nicht wesentlich. Lineare Abstände von der Hitte des quadratischen Bildes entsprechen Winkelabweichungen des Primär elektronenstrahl es von der Achse A. Die Winkelabweichung schwankt also weit während jeder Zeile, beispielsweise bei der mittleren Zeile innerhalb einer Zeile durch Null von einem Wert gleich dem 1/2 y2-fachen des Höchstwertes in einer Richtung bis zu einem Wert gleich dem 1/2 ^2-fachen des Höchstwertes in der anderen Richtung. Eine Variation des Stromes in der Linse L3 im Gleichlauf damit zur Korrektur wäre nur dann möglich, wenn die Zeilenfrequenz und somit der gesamte Ablenkzyklus so langsam wäre, wie grundsätzlich nicht akzeptabel.In order to make the desired correction, instead of the two angular deflections in mutually perpendicular directions made a deflection with polar coordinates, with the angle signal varying rapidly and the radial signal slowly changing. The beam then describes a conical path with a slowly changing tip angle. In Pig. FIG. 5 shows a two-dimensional image as it appears on the screen of a cathode ray tube which is shown in FIG consists of a series of straight lines, like a television grid. This is drawn in as a square in Pig · 5, but this is not essential. Linear distances from the center of the square image correspond to angular deviations of the primary electron beam it from axis A. The angular deviation thus fluctuates widely during each line, for example in the middle line within a line through zero of one Value equal to 1/2 y2 times the maximum value in one direction up to a value equal to 1/2 ^ 2 times the Maximum value in the other direction. A variation of the current in lens L3 in synchronism with it for correction would only be possible if the line frequency and thus the entire deflection cycle were as slow as basically not acceptable.
Wird jedoch entlang einer kreisförmigen Bahn abgetastet bzw. abgelenkt, wobei der Primärelektronenstrahl die Erzeugende eines Konus mit der Spitze an der Prüflingsober-However, it is scanned or deflected along a circular path, the primary electron beam being the Generating a cone with the tip on the test object upper
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fläche bildet und an der Oberfläche des Konus schnell entlangläuft, während der Spitzenwinkel des Konus langsam von Null auf einen Höchstwert anwächst, so daß der Fleck auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre eine entsprechend spiralförmige Bahn beschreibt, wie in Fig. 5 dargestellt, dann kann derselbe Bildflächenbereich, d. h. derselbe Festwinkel mit derselben Definition überdeckt werden, wobei jedoch die Winkelablenkung des Strahles bezüglich der Achse A sich lediglich mit der Bildfrequenz statt der Zeilenfrequenz ändert· Da das der Wicklung der Linse L3 aufzugebende Korrektursignal lediglich von dieser Winkelablenkung abhängt, muß es dementsprechend lediglich sich mit Bildfrequenz ändern. Demzufolge % kann die Korrektur mit annehmbaren Bildperioden in der Grössenordnung einiger Sekunden oder weniger durchgeführt werden. Für eine vorgegebene Höchstgeschwindigkeit des Wechsels bzw. der Änderung des Korrektursignals kann ein vorgegebener Festwinkel mit einer Polarablenkung in der Hälfte derjenigen Zeit überdeckt werden, welche iur n ediglich eine Zeile einer kartesischen oder rasterartigen Aülenkung erforderlich ist.surface forms and runs along the surface of the cone quickly, while the apex angle of the cone slowly increases from zero to a maximum value, so that the spot on the screen of the cathode ray tube describes a corresponding spiral path, as shown in Fig. 5, then the same image area , i.e. the same fixed angle are covered with the same definition, but the angular deflection of the beam with respect to the axis A changes only with the image frequency instead of the line frequency.Since the correction signal to be sent to the winding of the lens L3 only depends on this angular deflection, it only needs to be accordingly use to change the frame rate. Accordingly%, the correction with acceptable image periods in the order of a few seconds or less. For a given maximum speed of the change or the change of the correction signal a predetermined solid angle that time be covered with a polar deflection in the half which is in law n ediglich a row of a Cartesian grid-like or Aülenkung required.
Für die Polarablenkung müssen keine besonderen Spulen DI verwendet werden. Die vorhandenen zueinander senkrechten Spulenpaare können benutzt werden. Sie werden mit geeigneten Sinus- und Kosinusablenksignalen beaufschlagt, so daß M die Spiralablenkung zustande kommt.No special coils DI need to be used for polar deflection. The existing perpendicular coil pairs can be used. Suitable sine and cosine deflection signals are applied to them, so that M the spiral deflection occurs.
Die besondere Anordnung der Sammellinsen und der öffnungen kann Abwandlungen erfahren, ebenso wie die Stellung der Primärablenkungsspulen. Beispielsweise kann die Öffnung A2 oberhalb der Linse L2 angeordnet sein, und es können weniger oder mehr als zwei Linsen die Sammellinsenanordnung ausmachen. Wesentlich ist allein, daß ein Bild auf der Achse A an einem Punkt zustande kommt, welcher be-The special arrangement of the converging lenses and the openings can be modified, as can the position the primary deflection coils. For example, the opening A2 can be arranged above the lens L2, and it less or more than two lenses can make up the collective lens arrangement. It is only essential that a picture occurs on axis A at a point which
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züglich der letzten Linse LJ5 zur Prüflingsoberfläche konjugiert ist, und daß eine Primärabienkungsanordnung den Strahl winklig von der Achse mit diesem Punkt als Ursprung ablenkt, wobei die letzte Linse L3 selbst die Sekundärab-1 enkungsanordnung bildet, welche den Strahl an der Prüflingsoberfläche wieder zur Achse zurück lenkt· conjugated to the specimen surface in addition to the last lens LJ5 is, and that a primary deflection arrangement the The beam deflects at an angle from the axis with this point as the origin, with the last lens L3 itself being the secondary ab-1 Forms a deflection arrangement which directs the beam back to the axis on the surface of the test object
Erfindungsgemäß ist die letzte Linse L3 vorzugsweise mit einem Luftkern, d. h· ohne einen Kern, also als sogenannte "Mini-Linse" ausgebildet, deren Selbstinduktivität sehr viel geringer ist als diejenige einer üblichen Linse mit Eisenkern. Stattdessen kann auch eine Hauptlinse mit einem Eisenkern verwendet werden, welche mit einem konstanten Strom beaufschlagt wird, wobei dann das Korrektursignal einer Hilfslinse ohne Eisenkern aufgegeben wird·According to the invention, the last lens L3 is preferred with an air core, d. h · without a core, thus designed as a so-called "mini lens", its self-inductance is much lower than that of a conventional iron core lens. Instead, a main lens with a Iron core are used, which is supplied with a constant current, then the correction signal is a Auxiliary lens without iron core is abandoned
Wird Spiralablenkung bzw· -abtastung verwendet, dann werden die Ablenkgeschwindigkeiten so eingestellt, daß der Fleck auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre mit konstanter Geschwindigkeit läuft, d· h· die Ablenkwinkelgeschwindigkeit sich gegenläufig zur bzw· umgekehrt wie die Radialablenkung ändert. Dies gewährleistet eine konstante Helligkeit im gesamten Bild. Darüber hinaus kann für eine vorgegebene Höchstgeschwindigkeit der Änderung des Korrektursignals ein vorgegebener Festwinkel in lediglich einem Viertel derjenigen Zeit überdeckt werden, welche für eine einzige Zeile einer kartesischen Ablenkung bzw. Abtastung erforderlich ist. Vorzugsweise läuft auch die Radialablenkung durch den Nullpunkt von einer Grenze zur anderen und zurück, da dann kein Rücklauf erforderlich ist, der notwendigerweise schnell sein muß.If spiral deflection or scanning is used, then the deflection speeds are adjusted so that the spot on the screen of the cathode ray tube with a constant Speed is running, that is, the angular deflection speed is opposite to or vice versa as the radial deflection changes. This ensures constant brightness throughout the image. It can also be used for a given maximum speed the change in the correction signal a predetermined fixed angle in only a quarter of that time are covered, which is required for a single line of a Cartesian deflection or scanning. Preferably the radial deflection also runs through the zero point from one limit to the other and back, since then there is no return which must necessarily be fast.
Die Erfindung ist sowohl durch Abwandlung bekannter einschlägiger Geräte zu verwirklichen, als auch durch denThe invention can be realized both by modifying known relevant devices, as well as by the
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entsprechenden Bau vollkommen neuer Geräte. Statt der dar-" gestellten Sammellinsenanordnung kann auch, eine andere Einsatz finden, welche beispielsweise lediglich eine Linse statt zweier aufweist. Desgleichen ist es nicht wesentlich, daß das Bild von zurückgeworfenen Elektronen erzeugt wird. Beispielsweise kann es vom Prüflingsstrom aus erzeugt werden. Besteht der Prüfling aus fotolumineszentem Material, dann kann ein Lichtsignal ausgewertet werden.corresponding construction of completely new devices. Instead of the dar- " Provided converging lens arrangement can also find another use, which, for example, only a lens instead of two. Likewise, it is not essential that the image be created from reflected electrons. For example, it can be generated from the device under test stream. If the test item is made of photoluminescent material, a light signal can be evaluated.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
OHJ | Non-payment of the annual fee |