DE2116289C3

DE2116289C3 - Rasterelektronenmikroskop

Info

Publication number: DE2116289C3
Application number: DE2116289A
Authority: DE
Inventors: Katuyoshi Akishima Tokyo Ueno
Original assignee: Nihon Denshi KK
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1970-04-18
Filing date: 1971-04-02
Publication date: 1982-04-01
Also published as: DE2116289A1; DE2116289B2; NL7103034A; NL147883B; JPS4936496B1; GB1308839A; US3717761A

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Elektronenmikroskop nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein derartiges Elektronenmikroskop ist aus »Proceedings twentyseventh annual meeting, Electron Microscopy Society of America«, 1969, Seiten 84—85, bekannt. Bei diesem bekannten Elektronenmikroskop werden sowohl Durchstrahlungsrasterbilder als auch Rasterbilder aus den von der Probenoberfläche rückgestreuten Elektronen, welche von einem dicht bei der Probe angeordneten Detektor empfangen werden, hergestellt. Bei diesem bekannten Elektronenmikroskop ist jedoch die Möglichkeit, ein Sekundärelektronenbild zu erzeugen, nicht angesprochen. Das Sekundärelektronenbild besitzt eine bedeutend höhere Auflösung als das aus den rückgestreuten Elektronen gewonnene Bild.

Bei dem aus der GB-PS 1128107 bekannten Elektronenmikroskop ist zwar eine Möglichkeit zur Erzeugung eines Rasterbildes aus den Sekundärelektronen vorhanden, jedoch benötigt man hierzu zusätzliche Einrichtungen, um die Sekundärelektronen in den Bereich des zum Einfangen der Sekundärelektronen vorhandenen Detektors zu bringen. Diese zusätzlichen Einrichtungen können als negativ geladenes Gitter ausgebildet sein, das unmittelbar über der Probenoberfläche angeordnet ist und welches die Sekundäreiektronen in Richtung zum Detektor hin senkrecht zur Einfallsrichtung des Primärelektronenstrahls ablenkt. Diese zusätzlichen Einrichtungen können alternativ auch als unmittelbar über der Probenoberfläche angeordnete Beschleunigungseiektrode, welche mit einer zusätzlichen in Richtung auf den Detektor hingebogenen Spule zusammenwirkt, ausgebildet sein. Die zusätzliche Spule erstreckt sich dabei zunächst in der Richtung der optischen Achse und ist aus dieser in Richtung auf den Detektor hingebogen. Dadurch wird die Anordnung der für die Abrasterung benötigten Ablenkspulen in der Nähe der Objektivlinse bzw. in der Nähe der Probe behindert

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Elektronenmikroskop der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ohne zusätzliche Ablenkmittel die für die Erzeugung eines Sekundärelektronenbildes zu erfassenden Elektronen dem dafür vorgesehenen Detektor zugeführt werden können.

ίο Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst

Geeignete, mit einer Saugelektrode versehene Detektoren sind beispielsweise aus der Veröffentlichung P. R. Thornton, »Scanning Electron Microscopy«, 1968, veröffentlicht durch Chapman and Hall Ltd, 11 New Fetter Lane, London E. C: 4, Seiten 19 bis 22 bekannt

Bei Elektronenmikroskopen der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art wird der auftreffen-

2υ de Elektronenstrahl mit Hilfe des Vorfeldes fokussiert, ehe er auf das Objekt auftrifft. Auf diese Weise werden Sekundärelektronen von dem Objekt ausgelöst. Da die Energie der Sekundärelektronen gering ist, werden die Sekundärelektronen von dem magnetischen Vorfeld spiralförmig um die optische Achse fokussiert und bei der Erfindung oberhalb der Ablenkeinrichtung aus der optischen Achse »herausgenommen«. Aut diese Weise lassen sicii die Sekundärelektronen mit hohem Wirkungsgrad auffangen.

Das Nachfeld (d. h., der unterhalb des Objekts befindliche Teil des Magnetfeldes) fokussiert den Strahl, der das Objekt durchdringt, wie bei dem eingangs genannten bekannten Elektronenmikroskop. Auf diese Weise kann mit dem gleichen Elektronenmikroskop

j5 sowohl ein Sekundärelektronen-Bild als auch ein normales Durchstrahlungs-Bild erzeugt werden.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Sekundärelektronen-Bild höherer Auflösung erzeugt werden kann als mit Hilfe von rückgestreuten Elektronen erzielbar ist.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Elektronenmikroskop, bei dem das zu untersuchende Objekt in einem von einer Objektivlinse erzeugten magnetischen Feld angeordnet ist,

F i g. 2 und 3 weitere Ausführungsbeispiele der bei der Erfindung verwendeten Objektivlinse und
F i g. 4 die Magnetfeldverteilung der Objektivlinse.
Bei dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird

so von einer Elektronenquelle 1 ein Elektronenstrahl erzeugt, der durch eine Sammellinse 2 verläuft. Eine in der Sammellinse 2 angeordnete Spule 3 wird von einer Energiequelle 4 mit Erregerstrom versorgt, wodurch der Elektronenstrahl von dem von der Sammellinse 2 erzeugten Magnetfeld fokussiert werden kann. Der fokussierte Elektronenstrahl wird dann von einem Magnetfeld, das von einer Ablenkeinrichtung 5 erzeugt wird, abgelenkt und einem Objekt 6 zugeführt. Das Objekt 6 befindet sich in einem Magnetfeld, das von einer Objektivlinse 7 hoher Erregung erzeugt wird. Ein Abtastsignal wird von einem Signalgenerator 13 an die Ablenkeinrichtung 5 abgegeben, so daß der auftreffende Elektronenstrahl die Oberfläche des Objekts 6 abtastet.

Durch den »Beschüß« des auftreffenden Elektronen-Strahls werden Sekundärelektronen von dem Objekt ausgelöst. Da sich ferner das Vorfeld der Objektivlinse 7 bis zum oberen Teil der Ablenkeinrichtung 5 erstreckt, werden die Sekundärelektronen spiralförmig um die

elektronenoptische Achse nach oben fokussiert Die Sekundärelektronen werden schließlich von einem Detektor 8 aufgefangen und an eine Anzeigevorrichtung 12 abgegeben. Um sicherzustellen, daß die Sekundärelektronen vom Detektor aufgefangen werden, muß an den Detektor eine positive Spannung angelegt werden.

Gleichzeitig werden die Elektronen, die das Objekt durchdringen, von einem Detektor 9, etwa in Form eines Faraday-Käfigs, aufgefangen. Von den Ausgangssägnaien der beiden Detektoren 8 und 9 wird mit Hilfe eines Schalters 10 jeweils eines ausgewählt, wobei das gewählte Signal über einen Verstärker 11 der Anzeigevorrichtung 12 zugeführt wird. Das vom Signalgenerator 13 erzeugte Abtastsignal wird einer Ablenkeinrichtung 14 zugeführt, die Teil der Anzeigevorrichtung 12 ist Wenn das vom Detektor 8 erzeugte Signal an die Anzeigevorrichtung abgegeben wird, wird somit das Sekundärelektronen-Bild erzeugt. Wenn dagegen das vom Detektor 9 erzeugte Signal an die Anzeigevorrichtung 12 abgegeben wird, wird das Durchstrahlungselektronen-Bild erzeugt

Da bei dieser Anordnung das Objekt 6 in der Objektivlinse 7 angeordnet ist, wird der auftreffende Elektronenstrahl nicht von elektrischen und magnetischen Störungen aus der Umgebung beeinflußt Da ferner eine Magnetlinse hoher Erregung verwendet wird, werden sowohl die chromatischen wie auch sphärischen Aberrationsfehler beträchtlich verringert. Der Strahlfleck des auftreffenden Elektronenstrahls ist somit sehr fein, und es wird ein Elektronenbild hoher Auflösung erzeugt.

Eine veränderliche Energiequelle 16 versorgt die Spule 15 der Objektivlinse 7 mit Erregerstrom. Der Elektronenstrahl wird von der Sammellinse 2 fokussiert und von der Ablenkeinrichtung 5 abgelenkt und trifft auf das Objekt 6 auf.

Die Sekundärelektronen werden dem Detektor 8 zugeführt, der im Abstand zu der Elektronenstrahlachse angeordnet ist Der Detektor 8 besteht aus einem geerdeten Gehäuse, einem Photovervielfacher, einer Lichtröhre 44, einer Elektrode 45, an die eine positive Spannung angelegt wird, und einem fluoreszierenden Schirm 46. Die Sekundärelektronen treffen auf dem fluoreszierenden Schirm 46 auf und werden in Lichtsignale umgewandelt. Diese Signale durchlaufen die Lichtröhre 44 und werden von dem Photovervielfacher aufgefangen. Das Ausgangssignal des Detektors 8 wird der Kathodenstrahlröhre 12 zugeführt.

Die Linsenstärke ω der Objektivlinse, läßt sich wie folgt ausdrücken:

8 IR₀ V

Hierin bedeutet e die elektrische Ladung, 5b den maximalen Wert des axialen Magnetfeldes, d die Halbwertbreite des axialen Magnetfeldes, im die Masse des Elektrons und V die Beschleunigungsspannung. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ω gleich 2 oder mehr. Die Fig.4 zeigt die Magnetfeldverteilung, die von der Objektivlinse 7 bei starker Erregung erzeugt wird. Die Ablenkeinrichtung ist hier nicht dargestellt Das Objekt 6 wird im Bereich der maximalen Feldstärke angeordnet Ein Magnetfeld H\ vor dem Objekt 6 wirkt als die erste Linse und ein Magnetfeld ffe hinter dem Objekt wirkt als zweite Linse. Auf diese Weise läßt sich sowohl ein Sekundärelektronen-Bild wie auch ein Durchstrahlungselektronen-Bild erzeugen.

Wie in F i g. 2 gezeigt, befindet sich der Detektor 8 oberhalb der Ablenkeinrichtung. Da sich das magnetische Vorfeld bis zum oberen Teil der Ablenkeinrichtung 5 erstreckt, werden die Elektronen von dem Feld längs der optischen Achse erneut fokussiert und von dem Detektor 8 aufgefangen, selbst wenn die Sekundärelektronen abgelenkt werden. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Ablenkeinrichtung näher bei der Objektivlinse, die mit einem zwei Magnetpole 62 und 63 aufweisenden Polstück 61 ausgestattet ist, angeordnet werden kann, wodurch die durch die Ablenkung erzeugte Aberration des Elektronenstrahls auf ein Minimum beschränkt und eine hohe Auflösung erzielt werden kann. Ferner ist es möglich, den Beobachtungsbereich des Objekts zu vergrößern und ohne Schwierigkeiten Befestigungseinrichtungen (beispielsweise für Heiz- und Kühlvorrichtungen für das Objekt) vorzusehen.

F i g. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Rasterelektronenmikroskops. Hier ist die Ablenkvo^rrichtung 5 zum Ablenken des auftreffenden Elektronenstrahls am oberen Teil des Magnetpols 62 der Objektivlinse 7 befestigt. Ein bewegbares Bauteil 65, das einen Objekthalter 66 trägt, ist mittels Kugeln 64 auf der Objektivlinse gelagert Der Detektor 8, der in der Objektkammer 67 angeordnet ist, fängt die aus dem Objekthalter 66 austretenden Sekundärelektronen auf. Die Sammellinse 68 ist an der Oberseite der Objektkammer 67 angebracht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Elektronenmikroskop zur Erzeugung eines Rastermikroskopbildes aus den von der bestrahlten Objektoberfläche rückemittierten Elektronen und eines Durchstrahlungsbildes mit einer Elektronenquelle, einer Ablenkeinrichtung zum Ablenken des von der Elektronenquelle erzeugten, auf das Objekt gerichteten Primärelektronenstrahls, einem oberhalb der bestrahlten Objektoberfläche angeordneten Elektronendetektor und mit einer Objektivlinse, in welcher das Objekt angeordnet ist, und welche zur Fokussierung des Primärelektronenstrahls ein magnetisches Vorfeld und zur Fokussierung des durch das Objekt hindurchgetretenen Elektronenstrahls ein magnetisches Nachfeld erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Vorfeld (H\) der Objektivlinse (7) zum Fokussieren der Sekundärelektronen um die optische Achse sich bis zum oberen Teil der Ablenkeinrichtung (5) erstreckt und der mit einer Absaugelektrode (45) versehene Detektor (8) für die Sekundärelektronen oberhalb der Ablenkeinrichtung (5) angeordnet ist.