DE2245397B2 - Abtast-Elektronenmikroskop - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Abtastelektronenmikroskop, bei dem auf die Probe ein mittels Kondensorlinsen fokussierter hochenergetischer Primärelektronenstrahl gerichtet ist und das Bild der dabei erzeugten, von der Probe ausgesendeten Sekundärelektronen beobachtet wird, mit einer in der Nähe der — in Primärstrahlrichtung gesehen — letzten Kondensorlinse vorgesehenen auf negativem Potential liegenden Bremselektrode.

In einem Abtastelektronenmikroskop trifft ein schmal gebündelter Elektronenstrahl auf die Oberfläche einer Probe auf und tastet diese ab, wobei von der Probe ein Sekundärelektronenstrom emittiert wird. Die Sekundärelektronen werden in ein elektrisches Signal umgewandelt, das anschließend auf das Steuergitter einer Kathodenstrahlröhre gegeben wird, um die Helligkeit der Kathodenstrahlröhre zu modulieren, welche synchron mit dem Primärelektronenstrahl abgetastet wird. Hierdurch wird auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre ein vergrößertes Bild der Probe abgebildet.

In den bereits bekannten Abtastelektronenmikroskopen enthalten jedoch die durch den Detektor angezeigten Sekundärelektronen nicht nur die von der Probe emittierten Sekundärelektronen, sondern auch niederenergetische Steuerelektronen, die in dem durch das Kondensorlinsensystem geführten Primärelektronen- so strahl enthalten sind. Hierdurch wird der Hintergrund im Zentrum des durch die Sekundärelektronen erzeugten Bildes verstärkt, und eine quantitative Analyse der von der Probe emittierten Sekundärelektronen äußerst schwierig.

Aus dem Journal of Scientific Instruments (Journal of Physics E) 1968,Series2, Band 1, Nr. U.S. 1073bis 1080 ist ein Abtastelektronenmikroskop bekannt, bei dem mit Hilfe eines Bremsfeldes das Probenpotential bezüglich dem Elektronenquellenpotential eingestellt werden kann, so daß der Primärelektronenstrahl mit unterschiedlichen, einstellbaren Energien auf die Probe auftreffen kann. Da dieses Bremsfeld in der Nähe der Probe erzeugt wird, ergibt sich der Nachteil, daß der Abstand zwischen der letzten Kondensorlinse und der b5 Probe relativ groß bemessen sein muß, wodurch infolge von auftretenden Aberrationen die Auflösung des Abtastelektronenmikroskopes beeinträchtigt ist. Das gleiche gilt auch für das aus der US-PS 34 74 245, insbesondere Fig. 1, bekannte Abtastelektronenmikroskop der eingangs genannten Art, bei dem innerhalb der Probenkammer eine gitterförmige Bremselektrode vorgesehen ist, durch die die von der Probe ausgesendeten Sekundärelektronen in Richtung auf den Spalt vor einem Detektor abgelenkt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ohne Beeinträchtigung der Linsenwirkung der letzten Kondensorlinse zu verhindern, daß im Primärelektronenstrahl enthaltene Streuelektronen in die Probenkammer in die Nähe der Probe gelangen können und von dem Detektor zusammen mit den von der Probe ausgesendeten Sekundärelektronenstrahlen eingefangen werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung bei einem Abtastelektronenmikroskop der eingangs genannten Art vor, daß die Bremselektrode — in Primärstrahlrichtung gesehen — vor der Blendenöffnung der letzten Kondensorlinse angeordnet ist.

Unter Ausnützung der Energiedifferenz zwischen den beiden Elektronengruppen, nämlich den Primäreleklronen und Streuelektronen wird durch die Bremselektrode ein Feld aufgebraucht, daß die Streuelektroden reflektiert und die Primärelektronen hindurchläßt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in teilweise geschnittener schematischer Darstellung das Linsensystem eines bekannten Abtastelektronenmikroskopes und

Fig.2 in teilweise gebrochener und geschnittener schematischer Darstellung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt eine elektronenoptische Säule 1 und eine Elektronenkanone 2 zur Erzeugung eines Primärelektronenstrahles 3, der durch eine Anode 4, eine erste Kondensorlinse 5, eine erste Kondensorlinsenöffnung 6, Abtast-Ablenkspulen Tx und Ty, eine zweite, in Primärstrahlrichtung gesehen letzte Kondensorlinse 8 mit einer Kondensorlinsenöffnung 9 tritt und schließlich auf eine auf einem Probeträger 11 befestigte Probe 10 auftrifft. Zur ortsfesten Anordnung der Öffnungen bzw. Blenden 6 und 9 dienen Halter 12 bzw. 13. Zwischen die Probe und den Eingang eines Detektors 15 ist eine Gleichspannungsquelle 14 geschaltet, deren Polarität so gewählt ist, daß die von der Probe emittierten Sekundärelektronen zum Detektor 15 geführt werden. Im Detektor werden die Elektronen in ein elektrisches Signal umgewandelt, das durch einen Verstärker 16 verstärkt wird, bevor es als Helligkeits-Modulationssignal dem Steuergitter einer Kathodenstrahlröhre 17 zugeführt wird. Ein Abtastgenerator 18 führt ein Signal Abtast-Ablenkspulen 17a- und 17yder Kathodenstrahlröhre und den Abtast-Ablenkspulen Tx und Tyzu, um auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre ein durch Sekundärelektronen erzeugtes Bild aufzuzeigen. Nur wenige der durch die Elektronenkanone erzeugten Primärelektronen gelangen zur Oberfläche der Probe. Der überwiegende Teil der Primärelektronen trifft auf die Oberflächen der Platten der Kondensorlinsenblenden auf oder schlägt gegen die Innenwandungen der Linsen und wird hierdurch absorbiert oder gestreut. Die gestreuten Elektroden vereinigen sich wieder mit dem Primärelektronenstrahl, nachdem sie durch wiederholte Stöße einen größeren Teil ihrer Energie verloren haben. Darüber hinaus erzeugen die Primärelektronen durch Stöße zahlreiche Sekundärelektronen, die sich mit dem Primärelektronenstrahl vereinen. Folglich wird der Elektronenstrahl durch hochenergetische Primärelek-

tronen, niederenergetische gestreute und Sekundärelektronen 19 gebildet. Die niederenergetischen Elektronen werden im folgenden insgesamt als »Streuelektronen« bezeichnet. Wenn der Elektronenstrahl die Ablenkspuien erreicht, sind die meisten der Streuelektronen an ihrem Durchtritt durch die Ablenkspülen gehindert, da aufgrund ihrer Energiedifferenz ihr Ablenkwinke' erheblich größer ist, als der Ablenkwinkel der Primärelektronen. Falls jedoch die Feldstärke des ablenkenden Magnetfeldes oder elektrischen Feldes O oder etwa O ist, was für das Zentrum des Abtastbereiches gilt, in dem der Strahl die Probe trifft, gelangen die meisten Streuelektronen durch die Spulen und zur Probe. Wenn die Elektronen das durch die letzte Kondensorlinse erzeugte axialsymmetrische magneti- '5 sehe Feld erreichen, wird der Radius ihres Spiralweges umgekehrt proportional zur Feldstärke. Wenn das Linsenfeld derart stark ist, daß es den Primärelektroncnstrahl auf die Probe fokussiert, wird folglich der Radius des Spiralweges der Streuelektronen derart klein, daß diese durch die zweite bzw. letzte Kondensorlinsenblende treten und in die Nähe der Probe gelangen können, von der sie gemeinsam mit den von der Probe emittierten Sekundärelektronen zum Detektor gezogen werden. Die Folge ist, daß das am Bildschirm aulleuchtende Bild kein reines Sekundärbild ist, sondern ein Hintergrundsignal enthält, welches das Bildzentrum erhellt.

Die Fig. 2 zeigt die zweite in Primärstrahlrichtung gesehen letzte Kondensorlinse und die Probekammer eines Abtastelektronenmikroskops. Unmittelbar über der Linsenöffnung bzw. Blende 9 ist eine Einrichtung zum Trennen der niederenergetischen Steuerelektronen von den hochenergetischen Primärelektronen angeordnet. Diese Einrichtung weist drei nichtmagnetische Platten 20,21 und 22 und zwei Isolierlagen 23 und 24 auf. Die Platten 20 und 22 liegen an Bezugspotential, also am Potential der Polschuhe der letzten Kondensorlinse. Die Bremselektronenplatte 21 liegt an negativem Potential, z. B. —10 bis —30 Volt. Alis Spannungsquelle dient eine Gleichspannungsquelle 25. Die im Primärelektronenstrahl enthaltenen Streuelektronen werden durch das elektrische Feld über die Blende 9 reflektiert, weshalb diese weder durch die Blende treten noch zum Detektor gelangen können. Andererseits verbleiben die Primärelektronen aufgrund ihrer hohen Energie auf ihrem Weg und treffen wie vorgesehen auf die Oberfläche der Probe auf. Die Platten 20 und 22 wirken lediglich als Schirme und sind deshalb nicht unbedingt erforderlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Abtastelektronenmikroskop, bei dem auf die Probe ein mittels Kondensorlinsen fokussierter hochenergetischer Primärelektronenstrahl gerichtet ist und das Bild der dabei erzeugten, von der Probe ausgesendeten Sekundärelektronen beobachtet wird, mit einer in der Nähe der — in Primärstrahlrichtung gesehen — letzten Kondensorlinse vorgesehenen auf negativem Potential liegenden, Bremselektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremselektrode (21) — in Primärstrahlrichtung gesehen — vor der Blendenöffnung (9) der letzten Kondensorlinse angeordnet ist.

2. Abtastelektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremselektrode (25) zwischen zwei Abschirmplatten (20,22) liegt, die gegenüber der Bremselektrode isoliert sind und das Potential der Polschuhe der letzten Kondensorlinse aufweisen.