DE2555781B2 - Elektronenstrahlapparat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektronenstrahlapparat mit einem elektronen-optischen l.insensystem, einer Strahlablenkanordnung und einer nahe wenigstens einem vom Linsensystem /u bildenden Zwischenbild angeordneten Elektronendetektoranordnung.

Ein derartiger als Hochspannungsmikroskop ausgebildeter Elektronenstrahlapparat ist beispielsweise aus der DE-OS 21 38 767 der Anmelderin bekannt. In dem dort beschriebenen Hochspannungsmikroskop wird mit Hilfe eines Elektronendetektors die Beschleunigungsspannung für den Elektronenstrahl stabilisiert. Für bekannte Elektronenstrahlapparate, insbesondere solehe mit einer hohen Auflösung, ist es erforderlich, störende Bewegungen des Elektronenstrahles in bezug auf ein Objekt zu reduzieren. Hierzu müssen sehr strenge Bau- und Montagevorschriften erfüllt werden und insbesondere werden dabei an den Objekthalter

ίο sehr hohe Anforderungen gestellt. Bei Rastermikroskopen ist es erwünscht, Bewegungen eines Bildes der Quelle auf dem Objekt infolge mechanischer Schwingungen der Quelle selbst oder infolge magnetischer oder elektrischer Störungen im Abbildungsfeld zu vermeiden.

Es ist ferner aus der FR-PS 13 74 702 bekannt, bei einem Elektronenstrahlapparat der in Rede stehenden Art zur Ausrichtung des aus der Elektronenquelle kommenden Elektronenstrahls auf die optische Achse des Abbildungssystems in der Bahn des Elektronenstrahls eine Elektronendetektoranordnung vorzusehen, die über eine Regelvorrichtung mit einer Strahiabienkanordnung verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, bei einem Elektronenstrahlapparat der eingangs genannten Art die Relativbewegung zwischen dem Elektronenstrahl und dem Gegenstand der voir. Linsensystem gebildeten Zwischenuilds ohne aufwendige Maßnahmen zu korrigieren.

jo Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß eine mit der Detektoranordnung und der Strahlablenkanordnung verbundene Ablenkregelanordnung zur Korrektur der Relativbewegung zwischen dem Elektronenstrahl und dem Gegenstand des vom Linsensystem gebildeten Zwischenbilds vorgesehen ist.

Der Vorteil liegt darin, daß das Objekt oder die Quelle an sich nicht schwingungsfrei angeordnet zu werden braucht, sondern durch Anpassung der Strahlposition an auftretende Schwingungen oder Störungen ein scharfes und unverzeichnetes Bii.i des Objektes oder der Quelle verwirklicht ist. Es ist dabei unwichtig, wie das Bild geformt oder welche Information im Bilde dargestellt wird.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Detektor in einem Durchstrahlungselektronenmikroskop in einem Zwischenbild eines Objektes angeordnet, das von der Objektivlinse des Linsensystems gebildet wird, und das vom Detektorsignal gesteuerte Strahlablenksystem ist zwischen der

Projektionslinse und einem Auffangschirm angeordnet. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in einem Rasterelektronenmikroskop ein Detektor mit ener scharf geräderten Goldfolie in der Zwischenbildebene der Objektivlinse angeordnet und mit Signalen dieses Detektors wird die Erregung einer Strahlablenkanordnung für die Abtastung nachgeregelt. Mit einer zweiten Strahlablenkanordnung wird dabei die Bewegung des Elektronenstrahles in der Detektorebene, welche Bewegung eine Folge der gewünschten Abta-

stung des Objektes ist, völlig reduziert. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Detektoranordnung in einer Bildebene einer Kondensorlinse angeordnet, die einen Teil eines Rastermikroskops, eines Elektronenstrahlbearbeitungsgeräts bildet.

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Strahlengang in einem

Durchstrahlungselektronenmikroskop,

Fig,2 einen schematischen Strahlengang in einem Durchstrahlungsrasterelektronenmikroskop,

Fig.3 einen schematischen Strahlengang in einem Rasterelektronenmikroskop.

In Fig. 1 sind eine Objektivlinse 1 und eine Projektionslinse 2 eines Linsensystems eines Durchstrahlungsmikroskops angegeben. Ein Objekt 3 befindet sich, in Strahlrichtung gesehen, vor der Objektivlinse in einem Strahlenhüschel 4 mit einer optischen Achse 5. Das Objekt 3 oder wenigstens ein Teil dieses Objekts wird von der Objektivlinse 1 in einer Zwischenbildebene

6 vergrößert dargestellt. Von einem dort geformten Bild

7 bildet die Projektionslinse 2 in einer Endbildebene 8 ein Endbild 9. Bei dieser Abbildung trägt häufig nur ein Zentralteil 10 des Zwischenbildes 7 zur Endbildformung bei. In der Zwischenbildebene 6 ist eine Detektoranordnung aufgestellt, die hier beispielsweise zwei Detektoren 11 und 12 enthält, die in zwei vorzugsweise senkrecht aufeinanderstellenden Richtungen teilweise in der Strahlbahn angeordnet und mit einer Ablenkregclanordnung !3 gekoppelt sind. Eine derartige Detektoranordnung enthält beispielsweise Halbleiterdetektoren, Szintillationskristalle mit Lichtdetektoren oder elektronenstreuende Folien mit in der Nähe liegenden Detektoren. Gleichfalls angeschlossen an die Ablenkregelanordnung 13 sind zwei Strahlablenkeinheilen 14 und 15, die je eine Strahlablenkung in zwei senkrecht aufeinanderstellenden Richtungen bewirken können. Die Ablenkrichtung jedes der Detektoren oder die Richtung der Resultante beider Ablenkrichtungen ist dabei sowohl von den Winkelkoordinaten der Detektoren Il und 12 als auch von der Strahlverdrehung abhängig, die zwischen der Detektorebene und der Ablenkebene auftritt. Mit diesen Ablenkanordnungen kann für eine Verschiebung 16 im Endbild 9, die eine Folge einer Verschiebung des Objektes durch Schwingungen im Objekthalter ist. durch eine entsprechende, mit der gestrichelten Linie 17 angedeutete seitwärtige Verschiebung des abbildenden Strahles ausgeglichen werden. DL Ablenkanordnung kann dabei auch zwischen der Objektivlinse und den Detektoren angeordnet sein. Hierdurch ist eine rückregelnde Strahlablenkanordnung entstanden. Das größere Gesichtsfeld der Objckiivlinse in bezug auf das Gesichtsfeld der Projektionslinse ist dabei vorteilhaft, weil die Detektoren dadurch vollständig auLerhalb des Endbildes angeordnet weiden können. Es ist dabei vorteilhaft, in der Zwischenbildebene beispielsweise einen scharfen Übergang eines nicht oder weniger durchlässigen Teiles des Objektes selbst oder eines Trägers für das Objekt gerade mit dem Rand des Detektors zusammenfallen zu lassen. Di<_ Strahlablenkaiiordnung kann dabei auch dazu verwendet werden, das Bild in der Bildebene über einen verhältnismäßig geringen Abstand zu verschieben. Dies kann beispielsweise für ein exaktes Positionieren eines Bildes des Objekts in der Endbildebene verwendet werden. Mit dem Objekthalter braucht dann nur ein Feld aus dem Objekt eingestellt zu werden. Für diese verhältnismäßig grobe Einstellung kann mit einem bedeutend einfacheren Objekthalter gearbeitet werden. In F i g. 2 ist von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Form eines Durchstrahlungsrasterelektronenmikroskops ein Strahlengang gezeichnet. Die Figur zeigt sehr schematisch eine Elektronenquelle 20 zum Erzeugen eines Elektronenstrahls 21, eine Kondensorlinse 22, eine Objektfläche 23 mit einem Objekt 24, eine Obiektivlinse 25 und ei? 2 Zwischenbildebene 26. Die Zwischenbildebene 26 wird hier durch die Bildfläche der Objektivlinse gebildet. Um den Elektronenstrahl herum befindet sich weiter ein erstes Strahlablenksystem 27. Damit kann dem Elektronenstrahl 21 auf bekannte Weise eine abtastende Bewegung erteilt werden. Die Kondensorlinse bildet eine verkleinerte Abbildung (Brennfleck) der Elektronenquelle 20 in der Objektebene 23. Ein in dieser Ebene angeordnetes Objekt 24 wird mit diesem Brennfleck abgetastet. Ein Gegenstandsbrennpunkt 28 der Kondensorlinse arbeitet dabei als Kipppunkt für den Elektronenstrahl. Die Elektronenquelle 20 wird bei dieser Abtastung scheinbar verschoben. In einer bestimmten Stellung beim Abtasten befindet sich die Quelle 20, vom Objekt aus gesehen, in 20'. Neben dieser erwünschten scheinbaren Quellenverlagerung treten beispielsweise durch Schwingungen des Apparats auch wirkliche Bewegungen der Quelle 20 auf. So ist eine reelle Verschiebung der Quelle 20 nach der Position 20" in Fig. 2 angegeben. Durch diese unerwünschten Quellenbewegungen tritt eine Störung auf. d'ft sich in einem darzustellenden Bild als eine i^nscharfheit oder Verzeichnung zeigt. Diese Störung wira durch Aufstellung einer Detektoranordnung in der Zwischenbildebene 26 und durch Steuerung einer Strahlablenk^nordnung mit einem daraus gewonnenen Signal eliminiert. Dabei ist für jede der zwei Ablenkrichtungen eine Elektroneneinfanganordnung angeordnet, z. B. aus einer Folie 29 bestehend. Diese Folien bestehen vorzugsweise aus Gold und sind .nil einer scharfen Begrenzung 30 der Strahlachse zugewandt angeordnet. Nahe der Goldfolie befindet sich ein für Elektronen empfindlicher Detektor 31, der an der Goldfolie gestreute Elektronen einfängt. Zum Nachstellen des Strahles kann die bereits vorhandene Strahlablenkanordnung 27 verwendet werden. Diese Anordnung wird dabei mit einer zusätzlichen Erregung, also neben der Erregung für die Abtastung, gesteuert. Auch hier wird in zwei senkrecht aufeinanderstellenden Richtungen korrigiert und muß eine mögliche Verdrehung des bildformenden Strahles zwischen der Detektoranordnung und der ^lenkanordnung berücksichtigt werden. Um in der Bildebene 26 eine unerwünschte Abweichung von der normalen Abtastung zu unterscheiden, ist eine zweite Strahlablenkanordnung 32 angeordnet. Hiermit wird der Elektronenstrahl synchron mit der e.sten Strahlablenkancrdnung beim Abtasten zurückgelenkt, wodurch ein Treffpunkt des Strahles mit der Bildebene 26 immer in einen vorzugsweise auf der optischen Achse liegenden festen Punkt 33 fällt. Im Strahlengang ist angegeben, wie ein Treffpunkt 33', der durch die Abtastbewegung bei einer scheinbaren Position der Quelle in 20' entstehen würde, nach einem Treffpunkt 33 auf der optischen Achse zurückgebracht ist. In der Bildebene 26 werden dadurch nicht gewünschte und somit nicht durch den Abtastvorgang verursachte Verschiebungen der Strahlauftreffstelle von der Detektoranordnung aufgezeichnet.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, für das in Fig. 3 e\i Strahlengang skizziert ist, ist eine Detektoranordnung 40 in oder nahe einer Ebene angeordnet, in der durch eine Kondensorlinse 41 eine Quelle 42 abgebildet wird. Bei dieser Ahbiidung wird beispielsweise durch sphärische Aberration der Kondensorlinse neben einer paraxialen Abbildung der Elektronquelle 42 um c^;nen Achspunkt 43 eine Streuscheibe 44 gebildet. Von einem Elektronenstrahl 45 wird der nicht paraxiale Teil häufig durch eine Blende

46 abgeschirmt, die zw ischcn dieser Bildebene und einer nachfolgenden Linse 47 angeordnet ist. Indem die Deiektoranordnung im Randbercich der Streuscheibe 44 angeordnet wird, werden für die Detektion (Elektronen benut/t. die auch ohne Detcktoranordnung nicht bis /um Ob|ckt vorgedrungen wären. Hierdurch wrd das (Endbild durch die Detektoren nicht gestört. wahrend durch die feste Position der Streuscheibe in bezug auf die paraxiale Abbildung eine gute Information :;ber die Stellung des Strahles erhalten wird. Mit einem auf diese Weise gewonnenen und einem Slrahlablenksystem 48 /ugefiihrten Signal können störende Strahlabueichungen vollständig reduziert werden.

Das korrekiursignal kann auch /um Zuführen einer /usiit/iichen !Erregung an eine /weite Strahlablcnkan-(irdming 49 verwendet werden, die zum Abtasten eines Objektes 50 /.B. nut dem !Elektronenstrahl in den Apparat aufgenommen ist. Die Detcktoranordniing enthalt vorzugsweise zwei in bezug auf den !Elektronenstrahl symmetrisch angeordnete Detektorpaare 40 mit eier Strahlachse zugewandten Begrenzungen 51. Bei einem axial laufenden !Elektronenstrahl empfangen Heide Detektorhälften iedes Paares gleich viel Elektronen. Dieses (lieiehgew icht wird bei jeder Abtastung des Strahles gestört und es ist somit vorteilhaft, ein Differen/signal beider Detektoren als Steuersignal für die Ablenkanordnung/u verwenden.

Mit einer gestrichelten Linie 52 ist angegeben, wie eine Verschiebung der Quelle 42 nach einem Punkt 5 eine Abweichung 54 im !Endbild 55 verursacht. Dies Abweichung kann aus der letzt asymmetrisch liegende Streuscheibe 56 ausgeglichen werden.
■> (Eine mögliche Bildverdrehung zwischen der Detck torebene und der Bildebene muß auch hier ausgeglichc werden. Die Detektorpaare brauchen nicht exakt in de Kondensorbildebene angeordnet /w sein und die /wc Paare nicht in einer gleichen !Ebene /u liegen.

in Nach Bedarf kann mit einer Ablenkanordnung ei senkrechtes !Einfallen eines, um einen festen Punk kippenden !Elektronenstrahls auf ein zu untersuchende Objekt verwirklicht werden. Die hier angegebene möglichen Positionen sowohl der Delektoranordniinj

i^r> als auch der Strahlablcnkanordnung erlaubt den l.inba einer Strahlkorrekturanordnung in einem Rasterelek tronenmikroskop. in dem nicht in Durchstrahlun gearbeitet wird.

Die Strahikorrekuiranordming kann auch iti einer lElektronenstrahlbearbeitungsapparat angeordnet wer den. In diesen Apparaten ist es erwünscht, daß eine Abbildung der Elektronenquelle eine exakt bestimmt Position gegeben werden kann. z.B. zum Herstelle oder f crtigstellen integrierter Schaltungen oder für ein andere Materialbearbeitung mit mikroskopisch kleine Abmessungen. Eine .Strahlkorrekturanordnung win dabei die Reproduzierbarkcil und die Genauigkeit de Bcarbeit.tigsapparates bedeutend verbesse, n.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuntien

Claims (9)

1 Patentansprüche:

1. Elektronenstrahlapparat mit einem elektronenoptischen Linsensystem, einer Strahlablenkanordnung und einer nahe wenigstens einem vom Linsensystem zu bildenden Zwischenbild angeordneten Elektronendetektoranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der Detektoranordnung (11, 12; 29, 31; 40) und der Strahlablenkanordnung (14, 15; 27; 48, 49) verbundene Ablenkregelanordnung (13) zur Korrektur der Relativbewegung zwischen Elektronenstrahl und dem Gegenstand des vom Linsensystem gebildeten Zwischenbilds vorgesehen ist.

2. Elektronenstrahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Durchstrahlungselektronenmikroskop ausgebildet ist und die Detektoranordnung (11, 12) in einem Zwischenbild (7) hinter einer Linse mit einem in bezug auf eine nachfolgende Linse großen öffnungswinkel angeordnet in (F ig. 1).

3. Eiektronenstrahiapparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abbildung eines scharfen Überganges eines nicht oder weniger durchlässigen Teils des Objekts in der Objektebene (7) als Referenz für die Detektoranordnung (11, 12) dient.

4. Elektronenstrahlapparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlablenkanordnung (14, 15) für stellenweise Bildauswahl eingerichtet ist.

5. Elektro.'.jnstrahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß τ als Rasterelektronenmikroskop ausgebildet ist und daß eine Strahlablenkanordnung (29) für Objekta-^U tastung gleichfalls als Strahlablenkanordnung für cue Strahlkorrektur arbeitet (F ig. 2).

6. Elektronenstrahlapparat nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Strahlablenkanordnung (32) zum vollständigen Reduzieren durch die Abtastung verursachter Bildverschiebung in der Detektorebene (26) vorhanden ist.

7. Elektronenstrahlapparat nach Anspruch 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (40) wenigstens nahe einer Abbildungsebene einer Kondensorlinse (41) angeordnet ist (F ig. 3).

8. Elektronenstrahlapparat nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (40) zwei Detektorpaare enthält und Differenzsignale aus den von den Detektorpaaren gewonnenen Signale gebildet werden (F ig. 3).

9. Elektronenstrahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als ein Elektronenstrahlbearbeitungsapparat ausgebildet ist.