DE2137922C3 - Abtastelektronenmikroskop - Google Patents
AbtastelektronenmikroskopInfo
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Description
die durch das Objekt 16 geschickten Elektronen nach diskreten Energiepegeln getrennt werden. Ein Szintillaletztere
durch Schwankungen der Elektronenemission der Elektronenquelle erzeugt werden.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen der Elektronenquelle und
dem Objekt Monitormittel zur Erzeugung eines dem Elektronenstrom des Elektronenstrahls proportionalen
Bezugssignals angeordnet sind und daß Korrekturmittel zur Änderung der Größe des Detektorsignals in
Abhängigkeit von Schwankungen dieses Bezugssignals vorgesehen sind.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Abtastelektronenmikroskops besteht darin, daß Schwankungen des
Elektronenstrahls keine nennenswerte Wirkung auf das zur Erzeugung des Mikroabbildes verwendete Signal
haben. Somit können Mikroabbildungen von hoher Qualität erzeugt werden, selbst wenn das Mikroskop bei
Drücken betrieben wird, die Schwankungen in der Stromdichte des Elektronenstrahls verursachen. Im
Ergebnis kann das Abtastelektronenmikrcskop bei verhältnismäßig hohen Drücken betrieben werden (z. B.
1333 · 10-8Pa), und es können Mikroabbildungen mit
einer Qualität und mit einer Auflösung erzeugt werden, die bisher überhaupt nicht oder nur durch wesentlich
kompliziertere und teurere Mittel erzielt werden konnte. Da verbesserte Mikroabbilder bei höheren
Mikroskopdrücken erzeugt werden können, ist es möglich, Evakuierungsvorrichtungen zu benutzen, die
auch weniger hohen Ansprüchen genügen. Folglich ergibt sich eine bemerkenswerte Verringerung an
Zeitaufwand, um den Druck im Mikroskop auf den Arbeitswert zu reduzieren. Beispielsweise können die
meisten Mikroskope auf etwa 1333 · 10~« Pa in ein
paar Stunden evakuiert werden, während die Zeit, um dasselbe Mikroskop auf etwa 133,3 · 10-'0Pa zu
evakuieren, im allgemeinen nach Tagen gemessen wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der
Zeichnung bedeutet
F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Abtastelektronenmikroskops;
F i g. 2 einen schematischen Teilschnitt der Monitormittel in vergrößerter Darstellung mit zusätzlichen
Vorrichtungen und
F i g. 3 eine Draufsicht auf F i g. 2 entlang der Linie 4-4.
Das in F i g. 1 und 2 als Beispiel dargestellte Abtastelektronenmikroskop enthält eine Gleichspannungsquelle
9 für eine Feldemissionsspitze 10, durch die ein Elektronenstrahl 11 erzeugt wird. Der Elektronenstrahl
wird durch Elektroden 12 in Richtung auf eine Magnetlinse 14 beschleunigt, die von einer Gleichstromquelle
14a gesteuert werden. Die Magnetlinse fokussiert den Elektronenstrahl zu einem Punkt mit einem
Durchmesser von wenigen Zentel nm auf der Oberfläche eines dünnen Objekts 16. Zwischen dem Objekt und
der Magnetlinse sind Ablenkelektroden 18 und 20 angeordnet, die mit Spannungen von einem Ablenkgenerator
22 einer Kathodenstrahlröhre 28 eingespeist werden. Der Ablenkgenerator und die Ablenkelektroden
bewirken, daß der Elektronenpunkt auf der Oberfläche des Objektes 16 nach einem vorgegebenen
Schema abgelenkt wird.
Hinter dem Objekt 16 ist ein die Energie analysierendes Spektrometer 24 ai^eordnet und so eingestellt, daß
tionsdetektor 26, der aus den Detektoren 26a bis 26e besteht, ist mit einem Fotoelektronenvervielfacher 27
gekoppelt, der Fotoelektronenvervielfacherröhren 27a bis 27e enthält Der Szintillationsdetektor 26 und der
Fotoelektronenvervielfacher 27 bilden einen Detektor, um ein Detektorsignal zu erzeugen, das dem Elektronenfluß
vom Objekt 16 entspricht Das Spektrometer 24 kann — wie man ferner erkennt — so angeordnet
werden, daß der Detektor 26a Elektronen aller ίο Energiepegel empfängt Es können auch die Detektoren
26a bis 26e an die Fotoelektronenvervielfacherröhre 27a angeschlossen werden, so daß das hierdurch
erzeugte Signal den durchgeschickten Elektronen aller Energiepegel entspricht Insoweit entspricht das Abtastelektronenmikroskop
nach Fig. 1 und 2 dem in der US-Patentschrift 31 91 028 beschriebenen Abtastelektronenmikroskop.
Ferner ist bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß F i g. 1 bis 3 eine Monitoranordnung 29 und eine
Korrekturschaltung 31 vorgesehen. Insbesondere enthält die Monitoranordnung 29 eine Umlenkanordnung
170 und eine Wandleranordnung 182.
Gemäß den F i g. 2 und 3 besteht die d jrt dargestellte
Umlenkanordnung 170 aus einem geschlossenen Metallbehälter
172, deren obere Wand 174 ein Loch i76 mit einem Durchmesser von 200 Mikron aufweist Die
untere vVand 178 des Behälters 172 besitzt ein Loch 180 mit einem Durchmesser von 100 Mikron. Wie Fig.2
zeigt, sind die Löcher 176 und 180 konzentrisch, und ihre
Mittellinie verläuft annähernd in der Mitte des Elektronenstrahls 11.
Die Wandleranordnung 182 enthält eine Metallspule 184, die den Elektronenstrahl zwischen der oberen und
unteren Wand 174 bzw. 178 umgibt Schematisch ist angedeutet daß die Wandleranordnung ferner einen
Szintillator 186, einen Lichtleiter 188 und einen Fotoelektronenvervielfacher 190 enthält Auf den
Szintillator auftreffende Elektronen werden in Licht umgesetzt das durch den Lichtleiter 188 zum Fotoelektronenvervielfacher
190 geschickt wird. Der Fcioelektronenvervielfacher
190 erzeugt ein Bezugssignal, das proportional zum Elektronenstrom des Elektronenstrahls
11 ist. Dieses Signal wird über einen Leiter 191 abgeführt
Es sei bemerkt, daß die Metallspu'ie 184 ein wichtiges
Element bildet. Ohne sie würde das elektrische Feld an den Teilen der Wandleranordnung den Elektronenstrahl
ablenken und einen schwerwiegenden Astigmatismus im Elektronenstrahl hervorrufen. Die Metallspule sollte
möglichst auf Erdpotential gehalten werden. Falls es jedoch notwendig sein sollte, an die Spule eine
Spannung anzulegen, muß große Sorgfalt darauf verwendet werden, daß jeglicher Isolator vom Elektronenstrahl
abgeschirmt wird.
Gemäß F i g. 1 enthält die Korrekturschaltung 31 eine Verhältnisschaltung zur Erzeugung eines Korrektursignals,
das dem Verhältnis von Detektossignal und Bezugssignal entspricht. Diese Verhältnisschaltung
enthält logarithmische Verstärker 194 und 196, eine Subtraktionsschaltung 198 und einen antilogarithmi·
sehen Verstärker 200, wobei die Verbindung über Leiter 195, 197, 199 und 201 erfolgt. Der Verstärker
erzeugt ein korrigiertes Signal, das dem Verhältnis von Detektorsignal und Bezugssignal entspricht. Das korri-
in gierte Signal wird über einen Leiter 202 als Videoinformationssignal
entnommen, durch das auf einer Kathodenstrahlröhre eine Mikroabbildung sichtbar gemacht
werden kann. Die Elemente 194, 1%, 198 und 200 sind
bekannte elektronische Mittel, die für sich nicht Teil der Erfindung bilden.
Die Monitormittel arbeiten folgendermaßen. Der Elektronenstrahl 11 verläuft durch das Loch 176 in die
Umlenkanordnung 170. Da das Loch 180 kleiner als das Loch 176 ist, trifft ein Teil des Elektronenstrahls auf den
das Loch 180 umgebenden Bereich der Wand 178. Die auf diesen Bereich auftreffenden Elektronen werden aus
ihrem normalen Weg umgelenkt und bilden einen Fluß umgelenkter Elektronen Ha. Einige dieser Elektronen
treffen auf den Szintillator 186 und werden in bekannter Weise in Lichtstrahlen umgesetzt. Die Lichtstrahlen
werden dann über den Lichtleiter 188 geleitet und durch den Fotoelektronenvervielfacher 190 in ein entsprechendes
Bezugssignal umgesetzt. Das Bezugssignal wird über den Leiter 191 entnommen. Wie zuvor erwähnt
wurde, ist das Bezugssignal proportional der Größe des abgelenkten Elektronenflusses, der wiederum proportional
dem Elektronenstrom des Elektronenstrahls Il
Der Elektronenstrahl M wird dann durch die Magnetlinse 14 auf das Objekt 16 fokussiert und tastet
dessen Oberfläche mit Hilfe der Ablenkelektroden 18, 20 ab. Der resultierende Elektronenfluß vom Objekt 16
wird von dem Detektor 25 erfaßt, um am Leiter 197 ein Detektorsignal zu bilden. Wie zuvor erwähnt wurde,
erzeugt der Fotoelektronenvervielfacher 27, an den der logarithmische Verstärker 1% angeschlossen ist, normalerweise
ein .T'gnal, das proportional dem Fluß von
Elektronen mit einem bestimmten Energiepegel ist. Wie erwähnt, kann der Fotoelektronenvervielfacher 27 aber
auch abgewandelt werden, so daß er ein Signal erzeugt, das proportional dem Fluß von Elektronen unabhängig
"> von deren Energie ist. Die Detektoren 26a bis 26c und die Fotoelektronenvervielfacher 27a bis 27c können
auch einzeln an die Schaltung 31 und an die Kathodenstrahlröhre 28 zur individuellen Darstellung
der auf verschiedenen Energiepegeln übermittelten
hi Elektronen angeschlossen werden.
Das Detektorsignal wird über den Leiter 197 einem logarithmischen Verstärker 196 zugeführt, der am
Leiter 199 ein erstes Signal erzeugt, das dem Logarithmus des Detektorsignals entspricht. Zugleich
i> wird das Bezugssignal dem logarithmischen Verstärker
194 zugeführt, der am Leiter 195 ein zweites Signal erzeugt, daß dem Logarithmus des Bezugssignals
entspricht. Das erste und zweite Signal wird dann einer Subtraktionsschaltung 198 zugeführt, die ein Restsignal
'" 2ΓΤ! Leiter 201 erzeugt, dss der Differenz zwischen dem
ersten und zweiten Signal entspricht. Das Differenzsignal wird dann einem antilogarithmischen Verstärker
200 zugeführt, der ein korrigiertes Signal am Leiter 202 erzeugt, das dem Numerus des Restsignals entspricht.
:"' Das korrigierte Signal entspricht dem Verhältnis von
Detektor- und Bezugssignal. Das korrigierte Signal wird dann als Videoinformationssignal benutzt, durch das
eine Mikroabbildung auf der Kathodenstrahlröhre 28 erzeug' werden kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Abtastelektronenmikroskop mit einer Elektronenquelle,
magnetischen Linsen und Ablenkelektroden zur Fokussierung und Ablenkung des von der
Elektronenquelle erzeugten Elektronenstrahls auf einem Objekt und mit einem Detektor, der ein dem
Elektronenfluß vom Objekt entsprechendes Detektorsignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der Elektronenquelle (10) und dem Objekt (16) Monitormittel (29) zur Erzeugung
eines dem Elektronenstrom des Elektronenstrahls proportionalen Bezugssignals angeordnet sind und
daß Korrekturmittel (31) zur Änderung der Größe des Detektorsignals in Abhängigkeit von Schwankungen
dieses Bezugssignals vorgesehen sind.
2. Abtastelektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturmittel
(31) so ausgebildet sind, daß sie ein Korrektursignal erzeugen, das dem Verhältnis von Detektorsignal
und Bezugüignal entspricht
3. Abtastelektronenmikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster logarithmischer
Verstärker (196) zur Erzeugung eines ersten, dem Logarithmus des Detektorsignals entsprechenden
Signals, ein zweiter logarithmischer Verstärker (194) zur Erzeugung eines zweiten, dem Logarithmus
des Bezugssignals entsprechenden Signals, eine Subtraktionsschaltung (198) zur Subtraktion des
zweiten Signals vom ersien Signal sowie ein antilogarithmischer Verstärker (200) zur Erzeugung
des Korrekt'.irsignals, das dem Numerus des durch die Subtraktion gewonnenen Restsignals entspricht,
vorgesehen sind.
4. Abtastelektronenmikroskop nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß d. j Monitormittel (29) aus einer zwischen der Elektronenquelle (10) und
dem Objekt (16) angeordneten Umlenkanordnung (170) zur Umlenkung eines Teils des Elektronenstrahls
aus einem normalen Weg und einer Wandlcranordnung (182) zur Erzeugung eines der
Zahl der umgelenkten Elektronen proportionalen Signals, das das Bezugssignal bildet, bestehen.
5. Abtastelektronenmikroskop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkanordnung
(170) eine erste Metallwand (174) mit einem Loch (176) für den Durchtritt des Elektronenstrahls und
eine in Strahlrichtung gesehen nach der ersten angeordnete zweite Metallwand (178) mit einem
zweiten Loch (180) enthält, das soviel kleiner als das erste Loch ist, daß nur ein Teil des Elektronenstrahls
das zweite Loch passiert, während der restliche Teil des Strahls an der das zweite Loch (180)
umgebenden Metallwand (178) umgelenkt wird.
6. Abtastelektronenmikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandleranordiiung
(182) aus einer Metallspule (184), die den Elektronenstrahl zwischen den beiden Metallwänden
(174, 178) umgibt, aus einem Szintillator (186)
zum Empfang der umgelenkten Elektronen und Umsetzung der umgelenkten Elektronen in Licht,
aus einem an den Szintillator (186) angeschlossenen Lichtleiter (188) und aus einem Fotoelektronenvervielfacher
(190), der auf das durch den Lichtleiter gesandte Licht anspricht, besteht.
die durch Schwankungen des auf das Objekt fokussierten
Elektronenstrahls hervorgerufen werden, wobei Die Erfindung betrifft ein Abtastelektronenmikroskop
mit einer Elektronenquelle, magnetischen Linsen
und Ablenkelektroden zur Fokussierung und Ablenkung des von der Elektronenquelle erzeugten Elektronenstrahls
auf einem Objekt und mit einem Detektor, der ein dem Elektronenfluß vom Objekt entsprechendes
Detektorsignal erzeugt
ίο Das Abtastelektronenmikroskop bildet iür den
Wissenschaftler ein wichtiges Hilfsmittel bei der Prüfung extrem kleiner Objekte. Ein Abtastelektronenmikroskop
der oben genannten Art, das sich in der Praxis als besonders brauchbar bewährt hat, ist in der
is US-Patentschrift 31 91 028 beschrieben. Obwohl dieses
Mikroskop eine Reihe von Vorteilen und Besonderheiten gegenüber anderen bekannten Mikroskopen bietet,
hat die Praxis gezeigt, daß es nur dann Mikroabbilder mit extrem hoher Qualität erzeugt, wenn es auf einem
Druck von etwa 1333 · 10-'° Pa evakuiert ist Wenn
das Mikroskop auf einen höheren Druck von z. B. 1333 · 10~8 Pa evakuiert wird, zeigen sich in der Praxis
beachtliche Schwankungen in der Intensität eines Detektorsignals, das von den von einem Objekt
übermittelten Elektronen abgeleitet wird. Diese Schwankungen wiederum bewirken eine Schwankung
des Elektronenstroms der anzeigenden Kathodenstrahlröhre. Als Folge davon treten zahlreiche horizontale
Streifen im Mikroabbild der Kathodenstrahlröhre auf.
Dieser Umstand kann toleriert werden, wenn bei kleinen Vergrößerungen gearbeitet wird, weil der
Kontrast im Mikroabbild durch das Vorhandensein vofi
Gitterdrähten oder anderen Gegenständen von sehr hohem oder sehr niedrigem Signalpegel hoch ist Wenn
man jedoch mit starker Vergrößerung arbeitet, ist das Gesichtsfeld auf Objekte mit geringem Kontrast
begrenzt, so daß jegliche Stromschwankung unerwünscht ist
Es wurde nun festgestellt, daß der Grund für die Stromschwankungen darin liegt, daß die Elektronenemission
von der Spitze der Elektronenquelle periodischen Schwankungen unterworfen ist. Diese Schwankungen
werden vornehmlich durch Gasmoleküle verursacht, die an der Spitze ankommen und die örtlichen
Zustände so verändern, daß der Strom in kleinen Bereichen der gesamten Emissionszone zu- oder
abnimmt. Wenn einer dieser Bereiche auf der Achse des Mikroskops liegt, tritt als Folge eine beträchtliche
Schwankung in der Stromdichte des Elektronenstrahls auf, der von der Spitze ausgeht. Diese Schwankungen
sind insbesondere feststellbar, wenn eine Feldemissionsspitze verwendet wird, um die Auflösung des Mikroskops
zu erhöhen.
Es ist natürlich möglich, die Schwankungen des Elektronenstroms durch Verminderung des umgebenden
Gasdruckes zu steuern. Bei einem Druck von 1333 · 10-'0Pa sind diese Schwankungen bei weitem
nicht so groß wie bei 1333 · 10-» Pa, aber sie sind
trotzdem vorhanden und können einen Teil der Mikroabbilder unbrauchbar machen. Darüberhinaus
wird zur Evakuierung des Mikroskops auf 1333 · 10-'° Pa eine teure und komplizierte EväküierüngsVöfrichtung
benötigt. Außerdem muß die Vorrichtung über längere Zeiträume hinweg betrieben werden, um den
h5 gewünschten Evakuierungsdruck zu erreicher.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, b-.i einem
Abtastelektronenmikroskop der eingangs genannten Art Schwankungen des Detektorsignals zu vermeiden,
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US7311770A | 1970-09-17 | 1970-09-17 |
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DE2137922A1 DE2137922A1 (de) | 1972-03-23 |
DE2137922B2 DE2137922B2 (de) | 1980-11-06 |
DE2137922C3 true DE2137922C3 (de) | 1981-07-02 |
Family
ID=22111830
Family Applications (1)
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GB (1) | GB1364853A (de) |
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---|---|---|---|---|
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-
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- 1971-06-22 CA CA116335A patent/CA924422A/en not_active Expired
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- 1971-07-29 DE DE19712137922 patent/DE2137922C3/de not_active Expired
- 1971-08-20 GB GB3927871A patent/GB1364853A/en not_active Expired
Also Published As
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DE2137922B2 (de) | 1980-11-06 |
GB1364853A (en) | 1974-08-29 |
CA924422A (en) | 1973-04-10 |
JPS5426870B1 (de) | 1979-09-06 |
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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