DE2535510C2

DE2535510C2 - Elektronenstrahl-Rastergerät zur Strukturanalyse von Präparaten

Info

Publication number: DE2535510C2
Application number: DE19752535510
Authority: DE
Inventors: Gottfried Prof Dr -Ing habil 7400 Tubingen Mollenstedt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-08-06
Filing date: 1975-08-06
Publication date: 1977-09-08
Also published as: US3993905A; JPS5221765A; DE2535510B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektronenstrahl-Rastergerät zur Strukturanalyse von Präparaten mit einem zwischen Strahlquelle und Präparat angeordneten Ablenksystem, durch das der Strahl stets auf denselben Punkt des Präparats gelenkt und ein Raumwinkel, dessen Spitze in diesem Punkt liegt, abgerastert wird, und mit einem hinter dem Präparat angeordneten Detektor für die das Präparat durchsetzende Strahlung.

Ein Elektronenstrahl-Rastergerät dieser Art ist aus einer Arbeit von F. Fujimoto, K. Komaki, S. Takagi und H. Koike aus der »Zeitschrift für Naturforschung« 27a, 1972, Seiten 441 ff, bekannt. Bei diesem Gerät überstreicht die das Präparat durchsetzende Strahlung, die aus dem Primärstrahl und gestreuter Strahlung besteht, entsprechend den Einfallwinkeln des den Raumwinkel abrastemden Strahles den Detektor. Die Ausgangsgröße des Detektors wird in üblicher Weise einer Fernsehröhre (Monitor) zugeführt, deren Ablenksystem synchron mit dem Ablenksystem des Rastergerätes gesteuert ist. Auf dem Bildschirm des Monitors erscheint beispielsweise bei der Untersuchung eines Einkristalls ein Linienmuster, das Aufschluß über den Bau des Kristalls gibt.

Ferner ist ein Durchstrahlungs-Rasterelektronenmikroskop bekannt (DT-OS 23 35 304), bei dem der Elektronenstrahl in üblicher Weise mittels eines ersten Ablenksystems rasterförmig über das Präparat geführt wird und bei dem zwischen Präparat und Detektor ein zweites Ablenksystem angeordnet ist, das mit dem ersten Ablenksystem derartig synchronisiert ist, daß zwei in verschiedenen Richtungen durch das Präparat hindurchgegangene Elektronenstrahlen von dem Detektor getrennt registriert werden.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, bei einem Elektronenstrahl-Rastergerät der eingangs genannten Art den Kontrast und den Informationsgehalt des Monitorbildes zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen Präparat und Detektor ein weiteres Ablenksystem vorgesehen ist, das synchron zu dem erstgenannten. Ablenksystem derart gesteuert ist, daß der Primärstrahl stets auf denselben Punkt des Detektors fällt, und daß der Detektor mindestens einen Bereich zur getrennten Registrierung des Primärstrahls und/oder der Streu

strahlung aufweist ....

Die Zeichnung zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel der

Erfindung.

Der Elektronenstrahl 1 des Gerätes geht von der Elektronenquelle 2 aus. Er verläuft durch einen Kondensor 3, eine Blende 4, ein Ablenksystem 5/6 und fällt dann auf das Präparat 7. Unterhalb des Präparates 7 sind ein weiteres Ablenksystem 8 und Detektoren 9 und 10 angeordnet Der Detektor 9 ist in seiner Mitte mit einer Bohrung 9a versehen, deren Durchmesser nur wenig größer ist als der Durchmesser des Elektronenstrahls 1 in der Detektorebene. Die Ausgänge der Detektoren 9 und 10 sind über einen Wählschalter U mit einem schematisch angedeuteten Monitor 12 verbindbar, dessen Ablenksystem 12a synchron mit den Ablenksystemen 5,6 und 8 erregt ist

Die Ablenksysteme 5, 6 und 8 sind im Ausführungsbeispiel als magnetische Ablenksysteme ausgebildet; man kann jedoch auch elektrostatische Systeme verwenden. Das erste Teilsystem 5 des Ablenksystems 5/6 besteht aus zwei Spulenpaaren 5a und 5b; entsprechend sind das zweite Teilsystem 6 und das unterhalb des Präparats 7 angeordnete weitere Ablenksystem 8 ausgebildet Das Spulenpaar 5a ist periodisch derart erregt, daß der Elektronenstrahl 1 in der Zeichnungsebene aus der optischen Achse ausgelenkt wird. Das Spulenpaar 6a lenkt den Strahl wieder zur Achse zurück, und zwar derart, daß der Strahl unabhängig von seiner Auslenkung immer auf denselben Punkt des Präparates 7, vorzugsweise auf den Schnittpunkt von optischer Achse und Präparat, fällt. Der veränderliche Einfallwinkel des Strahles 1 auf dem Präparat 7 ist mit & bezeichnet. Die Spulenpaare 5b und 6b lenken den Strahl 1 in entsprechender Weise senkrecht zur Zeichnungsebene derart aus, daß er in dieser Richtung mit einem veränderlichen Winkel φ auf den festen Punkt des Präparates 7 fällt. Die Maximalwerte der Winkel ö· und φ definieren einen Raumwinkel Ω, dessen Spitze in dem festen Punkt des Präparates 7 liegt und der vom Strahl 1 abgerastert wird.

Der Elektronenstrahl 1 soll möglichst monoenergetisch sein; die Beschleunigungsspannung des Gerätes kann z. B. 50 kV betragen. Die Erregung des Kondensors 3 und der Durchmesser der Blende 4 sind so zu wählen, daß der Strahl 1 möglichst parallel ist und einen kleinen Durchmesser hat; die Parallelität des Strahles kann etwa 5 · IO-⁴ rad und sein Durchmesser etwa 50 μηι betragen.

Der Strahl 1 durchsetzt das Präparat 7 zum Teil unverändert und verläuft unterhalb des Präparats als Primärstrahl Γ. Zum Teil wird der Strahl 1 an Kristallebenen des Präparates 7 reflektiert, wie es in der Zeichnung durch den Streustrahl la angedeutet ist

Das weitere Ablenksystem 8 ist nun synchron zum Ablenksystem 5/6 so erregt, daß der Primärstrahl 1' stets auf den Mittelpunkt des Detektors 9, d. h. in die Bohrung 9a, fällt Der Primärstrahl Γ wird daher vom Detektor 9 nicht registriert; er fällt vielmehr auf den dahinterliegenden Detektor 10.

Demgegenüber fällt der Streustrahl la auf den Detektor 9 und erreicht den Detektor 10 nicht. Es sei nun angenommen, daß der Strahl 1 auf einen Einkristall im Präparat 7 fällt. Dann wird immer, wenn er eine Braggsche Reflexionsstellung trifft, ein Teil der Intensität des einfallenden Strahles 1 herausgestreut und durch den Detektor 9a abgefangen und registriert. Verbindet man den Monitor 12 mit dem Detektor 9, so erscheinen die Reflexlinien auf dem Bildschirm gegen-

über dem Untergrund dunkel (Hellfeld-Aufnahme).

Verbindet man statt dessen den Detektor 10 mit dem Monitor 12, so wird nur der Primäi strahl 1' registriert Das Reflexsystem des Einkristalls erscheint dann in Gestalt von hellen Linien auf dunklem Grund (Dunkelfeld-Aufnahme).

Die Detektoren 9 und 10 können beispielsweise als Halbleiter-Sperrschichtdetektoren ausgebildet sein. Es kann auch nur der Detektor 9 mit einer Zentralbohrung 9a oder einer vor seinem Zentrum liegenden Primärstrahl-Fangblende vorgesehen sein. Entsprechend kann auch nur der Detektor 10 mit einer davorliegenden, zentral durchbohrten Blende oder ein sehr kleiner Detektor 10 vorhanden sein, der von der Streustrahlung nicht getroffen wird.

Bei dem Rastergerät nach der Erfindung erscheint auf dem Monitor ein vollständiges korarastreiches Liniensystem, das sämtliche informationen über die Reflexmöglichkeiten innerhalb des abgerasterten Raumwinkels Ω enthält Das Monitorbild läßt sich elektronisch weiterverarbeiten. Die Intensitäten der Reflexe lassen sich quantitativ speichern und für die Strukturanalyse als Digitalwerte einem Computer zuführen. Die Aufnahme des Reflexsystems ist bei dickeren Einkristallen als bisher möglich, da infolge der Messung der Intensitätsvariation des Primärstrahls (Hellfeld) weniger Streuuntergrund von anderen Richtungen als bei üblichen Aufnahmen mitregistriert wird. Bei dünnen Einkristallen werden die Nebenstreifen an Bragg-Kanten sichtbar, aus denen die Dicke des Präparats und die Strukturpotentiale bestimmt werden können. Die gleichmäßige, zeitliche nacheinander erfolgende Ausleuchtung aller Winkel des Kristalls ergibt besonders übersichtliche Diagramme. Gegenüber Diagrammen mit statischem Primärstrahl großer Konvergenz, wie sie beispielsweise von Kossei, Ackermann und Möllenstedt in der »Zeitschrift für Physik« 120, 1943, Seite 553, beschrieben sind, werden bei symmetrischem Einschuß gegenseitige unübersichtliche Oberlagerungen vermieden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Elektronenstrahl-Rastergerät zur Strukturanalyse von Präparaten mit einem zwischen Strahlquelle und Präparat angeordneten Ablenksystem, durch das der Strahl stets auf denselben Punkt des Präparats gelenkt und ein Raumwinkel, dessen Spitze in diesem Punkt liegt, abgerasteit wird, und mit einem hinter dem Präparat angeordneten Detektor für die das Präparat durchsetzende Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Präparat (7) und Detektor (9,10) ein weiteres Ablenksystem (8) vorgesehen ist das synchron zu dem erstgenannten Ablenksystem (5/6) derart gesteuert ist, daß der Primärstrahl (1') stets auf denselben Punkt des Detektors fällt, und daß der Detektor mindestens einen Bereich zur getrennten Registrierung des Primärstrahls und/oder der Streustrahlung (ia) aufweist