DE2335304B2

DE2335304B2 - Rasterelektronenmikroskop

Info

Publication number: DE2335304B2
Application number: DE2335304A
Authority: DE
Inventors: Hirotami Koike; Shigekata Sakurai; Katsuyoshi Ueno
Original assignee: Nihon Denshi KK
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1972-07-11
Filing date: 1973-07-11
Publication date: 1975-07-10
Also published as: DE2335304A1; FR2192374B1; GB1442177A; US3833811A; JPS4928267A; FR2192374A1; JPS521869B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Rasterelektronenmikroskop mit einer Elektronenquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahles, einem Elektronenlinsensystem zur Fokussierung des Elektronenstrahls auf die Oberfläche einer dünnen Probe, Ablenkmitteln zum Abtasten der Oberfläche der Probe mittels def- Elektronenstrahles, einem oder mehreren Deiektoren zur getrennten Erfassung der in verschiedenen Richtungen durch die Probe hindurchgegangenen Elektronen und Aufzeichnungsmittel zur Aufzeichnung von Abtastbildern in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des bzw. der Detektoren.

Ein derartiges Rasterelektronenmikroskop ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 21 10 325 bekannt. Bei dem bekannten Mikroskop werden die in verschiedenen Richtungen durch die Probe hindurchgegangenen Elektronen, nämlich die elastisch und unelastisch gestreuten, getrennt von den Detektoren erfaßt.

Ferner ist es bei Rasterelektronenmikroskopen zur stereoskopischen Abbildung bekannt, den Abtaststrahl aus zwei verschiedenen Richtungen auf die Probe einfallen zu lassen und die diesen beiden Abtaststrahlen zugeordneten, durch von der Probe ausgesandte Elektronen erzeugten Abtastbilder in einer oder /wei Kathodenstrahlröhren gleichzeitig wiederzugeben (deutsche Offenlegungsschrift 19 27 038).

Schließlich ist es bei Rasterelektronenmikroskopen zur Einstellung des Stigmators der Kondensorlin^c bekannt, zwei Abtastbilder auf einer oder zwei Kathodenstrahlröhren gleichzeitig wiederzugeben, von denen das eine Abtastbild einer Überfukussiciung entsprechenden Brennweite der Kondensorlinse und das andere Abtastbild einer Unterfokussierung entsprechenden Brennweite der Kondensorlinse zugeordnet sind französische Patentschrift 21 07 544).

In einem Rasterelektronenmikroskop will man einen äußerst geringen Durchmesser für den Elektronenstrahl erreichen. Dies ist notwendig, um ein Abtaslbild mit hoher Auflösung beobachten zu können. Demzufolge wird der Elektronenstrahl, der von der Elektronenquelle erzeugt wird, durch eine oder mehrere Kondensoriinsen fokussiert. Die Einstellung des Erregerstromes für die Konden=orlinse ist jedoch, um eine optimale Strahlfokussierung zu erreichen, für das Durchschnittsbedienungspersonal sehr schwierig. Ein weiteres Problem liegt darin, daß der eingebaute Stigmator, der zur Korrektur des Linsenastigmatismus vorgesehen ist, eine Einstellung erfordert. Dies ist eine Schwierigkeit, welche zur Erhaltung einer optimalen Strahlfokussierung sich nicht umgehen läßt. Die genaue Einstellung des Stigmators ist jedoch äußerst schwierig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demzufolge darin, ein Rasterelektronenmikroskop zu zeigen, bei dem die Einstellung des Erregerstromes für die Kondensorlinse zwecks optimaler Strahlfokussierung in Abhängigkeit von einer visuellen Beobachtung erleichtert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Rasterelektronenmikroskop der eingangs genannten Art erfindungsgemäfi dadurch gelöst, daß die verschiedenen Richtungen dei durch die Probe hindurchgegangenen Elektroner entsprechenden Abtastbilder durch die Aufzeichnungsmittel so aufgezeichnet werden, daß sie gleichzeitig beobachtbar sind.

Hierdurch wird außerdem die optimale Einstelluiij des Stigmators erleichtert.

In den Figuren sind bevorzugte Ausführungsbeispieli dargestellt, welche zur weiteren Erläuterung de Erfindung dienen sollen. Es zeigt

Fig. I eine schcmatischc Darstellung eines Raster clektroncnmikroskops,

Fig. 2 eine schematischc Darstellung der Bilde welche auf den Bildschirmen der in der Fig.

dargestellten Kathodenstrahlröhren aufgezeichnet sind,

F i g. 3 eine schematische Darstellung des Elektronenstrahlganges in der Nähe der Probe,

F i g. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Rasterelektrcaenmikroskops,

F i g. 5 eine schematische Darstellung des Abtastbildes, das auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre in der F i g. 4 aufgezeichnet wird,

Fig.6, 7, 8 und 9 schematische Darstellungen weiterer Ausführungsformen von Rasterelektronenmikroskopen und

Fig. 10 eine schematische Darstellung des Abtastbildes, das auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre in der F ig. 9 aufgezeichnet wird.

In der Fig.l ist eine dünne Probe 1 in einer evakuierten Säule 2 eines Elektronenmikroskops angeordnet Die Probe 1 wird von ein".m Elektronenstrahl EBt, der von einer Elektronenquelle 3 erzeugt wird, bestrahlt. Stromquellen 4 und 5 dienen zur Erzeugung eines Erregersiromes für die Fokussierung des FJektronenstrahles EBX auf die Oberfläche der Probe, indem die Brennweite von Kondensorlinsen 6 und 7 gesteuert wird. Mit 8 ist ebenfalls eine lirregerstromquelle bezeichnet. Diese dient zur Erregung und 2ur Steuerung eines Stigmators 9, der zur Korrektur des Linsenastigmatismus vorgesehen ist. 10X und 10 Y sind Abtastspulen, damit der Elektronenstrahl EBi eine gewünschte Fläche der ProbenobTflache abtastet. 11 ist ein Signalgenerator zur Erregung der Abtastspulen 1OX und 10 Y und zur Steuerung der Abtastgröße. 12 und 13 sind Strahlendetektoren zur Erfassung der Elektronenstrahlen, welche durch die Probe 1 hindurchgegangen sind. 12a und 13a sind die den Strahldetektoren zugeordneten Blenden, welche so angeordnet sind, daß nur die entlang der optischen Achse und unter einem bestimmten Winkel <\i hindurchgetretenen Elektronen von den Strahldetektoren erfaßt werden. Die von den erfaßten Elektronen erzeugten Ausgangssignale werden, nachdem sie von Verstärkern 16 und 17 verstärkt worden sind, an die Steuergitter von Kathodenstrahlröhren 14 und 15 gelegt. Die Elektroncnstrahlen dieser Kathodenstrahlröhren werden von Ablenkspulen 14X, 14V und 15X, 15 V abgelenkt. Da diese Ablenkspulen von dem gleichen Signalgenerator 11 wie die Abtastspulen 1OX und 1OK gespeist und gesteuert werden, ist die Ablenkung bzw. die Abtastung der Signale mit der Ablenkung des Elektronenstrahles EBX synchronisiert. Hieraus resultiert, daß die Abtastbilder, welche den Elektronenstrahlen £"02 und EB3 entsprechen, auf entsprechenden Schirmen 14s und 15s ( F i g. 2) der Kathodenstrahlröhren aufgezeichnet werden.

Wenn der Elektronenstrahl EBX richtig und korrekt fokussiert ist, erscheinen die Bilder auf den entsprechenden Bildschirmen an identischen Stellen. Wenn andererseits der Elektronenstrahl EBi unkorrekt bzw. schlecht fokussiert ist, erscheinen die Abtastbilder an verschiedenen Stellen, wobei der Lageunterschied in der Fig. 2 mit D bezeichnet ist. Dieser Lageunterschied hängt davon ab, wie stark der Elektronenstrahl von der gewünschten Fokussierung abweicht. Wenn daher der Elektronenstrahl außerhalb der gewünschten Fokussierung ist, ist es verhältnismäßig einfach, den Strahl auf den gewünschten Ansatzpunkt zu fokussieren, indem man den Erregerslrom für die Kondensorlinsen so lange <>5 regelt bzw. einstellt, bis die beiden Abtastbildcr wieder in identischen Lagen auf den Bildschirmen erscheinen.

In der F ig. 3 ist schematisch der Elcktronenstrahlgang in der Nähe der Probe 1 dargestellt, und zwar unter der Bedingung, daß der Elektronenstrahl von der in der Figur nicht dargestellten Kondensorlinse in einei Ebene 18 oberhalb der Probe fokussiert isi. Die Elektronen, welche gerade durch die Probe entlang der optischen Achse 19 hindurchtreten, werden von einem Detektor A (nicht dargestellt) erlaßt, und die Elektronen, welche durch die Probe unter einem Winkel λι bezüglich der optischen Achse hindurchtreten, werden von einem zweiten Detektor B (ebenfalls nicht dargestellt) erfaßt. Diese Detektoren entsprechen den Detektoren 12 und 13 in der Fig.l. Demgemäß erfaßt der Detektor A die Elektronen, welche die Information bezüglich einer kleinen Fläche 20 auf der Probe enthalten, während der Detektor B die Elektronen erfaßt, welche eine Information bezüglich einer zweiten kleinen Fläche 21 auf der Probe enthalten. Wenn der fokussierte Strahl abgelenkt wird, bewegen sich die hindurchgetretenen Strahlen zu Lagen bzw. Positionen, welche durch die strichlierten Linien dargestellt sind. Der Detektor S empfängt nun die Elektronen, welche die Information bezüglich der Fläche 20 tragen. Ausgenommen die Verzögerungszeit, erscheint demzufolge ein Positionsunterschied D gemäß F i g. 2. Das entsprechende Detektorhelligkeitsmodulationsausgangssignal ist scheinbar das gleiche. Der Winkel tx\ ist in diesem Fall geringer als 1 ti ⁴ rad und ist somit nicht groß genug, um elastische und unelastische Elektronen in der Probe zu trennen.

Die F i g . 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem nur eine Kathodenstrahlröhre zur Aufzeichnung der beiden Bilder vorgesehen ist. Dies wird durch die Einführung eines Schaltkreises 23 zwischen den Ausgängen der Verstärker 16 und 17 und den Steuergittern der einzelnen Kathodenstrahlröhre 22 ermöglicht. Dieser Schaltkreis ist mit dem Signalgenerator 11 für das Ablenksignal synchronisiert. Dadurch, daß nun abwechselnd Signale von den Detektoren 12 und 13 an die Steuergitter der Kathodenstrahlröhre 22 über die Empfänger 16 und 17 gelegt werden, werden auf dem Bildschirm 22s der Kathodenstrahlröhre abwechselnd Bilder aufgezeichnet, welche als einzelnes Bild pro Abtastbild erscheinen. Wenn demzufolge das Kondensorlinsensystem falsch oder inkorrekt eingestellt ist, vibriert das Bild um einen Betrag D, wie es in der Fig.5 dargestellt ist. Die korrekte Einstellung, d. h. die Einstellung des Brennpunktes auf den gewünschten Ansatzpunkt, ist danr erreicht, wenn das Vibrieren des Bildes aufhört.

In der Fig.6 ist ein weiteres Ausführungsbeispie der Erfindung dargestellt, das im Prinzip das gleiche ist wie es in der F i g. 4 schon beschrieben worden ist. Ei kommen jedoch unterschiedliche Mittel zur Anwen dung. An Stelle des Schaltkreises ist eine mechanisch! Vibriereinrichtung 24 mit einer Blendenplatte 2! verbunden. Darüber hinaus sind zwei Detektoren 26 um 27 bezüglich der optischen Achse des Mikroskop symmetrisch angeordnet. Durch Vibrieren bzw. Hin und Herschwingen der Blendenplatte 25 gelangt imme nur ein Elektronenstrahl, entweder EÖ4 oder EBS, durc die Blenden in der Platte, entweder durch 25a oder 25 zu vorgegebenen Zeilen. Demzufolge erscheint ei stationäres oder vibrierendes Bild auf der Kathoder strahlröhre in Abhängigkeit davon, ob das Kondensoi linsensystem korrekt oder nicht korrekt eingestellt ist.

Mit dem in der F i g. 7 dargestellten Ausführungsbe spiel wird die gleiche Wirkung erzielt, wie mit dei Ausführungsbeispiel in der F ig. 6. Es wird ei

Breitfensterdetektor 28 an Stelle von zwei schmalen Detektoren verwendet sowie eine Blendenplatte 27 mit einer einzelnen Blende 27can Stelle der beiden Blenden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der F i g. 8 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Ablenkspule 30 vorgesehen, welche von einer Spannungsquelle 31 gespeist wird. Diese ist mit dem Signalgenerator 11 zur Erzeugung des Ablenksignals verbunden. Hierdurch werden der Schaltkreis und die Vibrationseinrichtungen, welche im vorstehenden beschrieben worden sind, ersetzt.

Schließlich ist in der F i g. 9 ein wesentlicher Teil der Einrichtung schematisch dargestellt, welche zur erleichterten Einstellung des Stigmators dient. Mehrere Detektoren und Blenden, im vorliegenden Fall sechs Detektoren 32. 33, 34, 35, 36 und 37 und sechs Blenden 32a, 33a, 34a, 35a, 36a und 37a, sind symmetrisch um die optische Achse 19 unter der Probe 1 angeordnet. Die Ausgangssignale der entsprechenden Detektoren werden, nachdem sie von den Verstärkern 32c, 33c, 34c, 35c, 36c und 37c verstärkt worden sind, an einen Schaltkreis 38 gelegt. Der Ausgang dieses Schaltkreises wird an das Helligkeitssteuergitter der Kathodenstrahlröhre 22 gelegt. Der Schaltkreis 38 ist mit dem Signalgenerator 11, der das Ablenksignal liefert, synchronisiert.

Wenn ein Linsenastigmatismus vorhanden ist, ändert sich die Brennweite der Linse, da die Azimulhrichtung bezüglich der optischen Achse sich ändert. Wenn daher die Erregerstromquelle 8 für den Stigmator korrekt

ίο eingestellt ist, sind die Abstände Di, Dt, und Dj gleich, wie es in der Fig. 10 dargestellt ist. Wenn darüber hinaus das Kondensorünsensystem ebenfalls korrekt eingestellt ist, sind Di, Di und Di gleich und werden zu Null.

• 5 Auf Grund der Erfindung ist es möglich, durch visuelle Beobachtung des Betrages einer Bildverschiebung auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre, den Stigmator und die Kondensorlinse durch äußerst einfache Mittel auf optimale Bedingungen einzustellen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rasterelektronenmikroskop mit einer Elektronenquelle zur Erzeugung eines Elektronenstrahls, I einem Elektronenlinsensystem zur Fokussierung des Elektronenstrahles auf die Oberfläche einer dünnen Probe, Ablenkmittel zur Abtastung der Oberfläche der Probe mittels des Elektronenstrahles, einem ©der mehreren Detektoren zur getrennten Erfas- $ung der in verschiedenen Richtungen durch die Probe hindurchgegangenen Elektronen und Aufzeichnungsmittel zur Aufzeichnung von Abtastbildern in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des bzw. der Detektoren, dadurch gekenn zeichnet, daß die verschiedenen Richtungen der durch die Probe (1) hindurchgegangenen Elektronen entsprechenden Abtastbilder durch die Aufzeichnungsmittel (14, 15; 22) so aufgezeichnet werden, daß sie gleichzeitig beobachtbar sind.

2. Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Detektoren (12, 13) unter der Probe (1) so angeordnet sind, daß die Detektoren (12, 13) die in verschiedenen Richtungen durch die Probe (1) hindurchgetretenen Elektronen erfassen (Fig. I und 4).

3. Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektor (28) unter der Probe (1) vorgesehen ist und daß eine Vibriereinrichtung (24) zur Hin- und Herbewegung einer Blende (27c), welche über dem Detektor (28) angeordnet ist, vorgesehen ist ( F i g. 7).

4. Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Detektoren (26, 27) unter der Probe (1) vorgesehen sind und daß zur Hin- und Herbewegung einer über den Detektoren (26, 27) befindlichen Blendenplatte (25) eine Vibriereinrichtung (24) vorgesehen ist (Fig.6).

5. Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Probe (1) ein Detektor (12) vorgesehen ist und daß Ablenkspulen (30) vorgesehen sind, welche abwechselnd den Elektronenstrahl so ablenken, daß die Richtung des hindurchgetretenen Elektronenstrahles, der vom Detektor (12) erfaßt wird, geändert wird ( F i g. 8).

6. Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsmit tel zwei oder mehrere Kathodenstrahlröhren (14,15) enthalten, auf denen die Bilder aufgezeichnet werden, welche den in entsprechende Richtungen verlaufenden hindurchgetretenen Elektronenstrahlen entsprechen (Fig. 1).

7. Rasterelektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsmittel eine Kathodenstrahlröhre (22) enthalten zur abwechselnden Aufzeichnung der Bilder, welche den in verschiedenen Richtungen verlaufenden hindurchgetretenen Elektronenstrahlen entsprechen ( F i g. 4 bis 8).