DE2728842C2

DE2728842C2 - Axialsymmetrisches Analysatorsystem für geladene Teilchen

Info

Publication number: DE2728842C2
Application number: DE2728842A
Authority: DE
Inventors: Isao Hino Tokyo Ishikawa; Michiyasu Iruma Saitama Itoh; Katsuhisa Tokyo Usami
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1976-06-28
Filing date: 1977-06-27
Publication date: 1982-05-06
Also published as: JPS531593A; US4135088A; GB1549503A; JPS5830696B2; DE2728842A1

Description

Die Erfindung betrifft ein axialsymmetrisches Analysatorsystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung, wie es aus »Review of Scientific Instruments« 44 (1973) 1197—1203 bekannt ist. Derartige Systeme dienen insbesondere zur Analyse energiearmer Elektronenstrahlen, beispielsweise von Auger- oder Photoelektronen, bei denen es zur Erzielung einer möglichst hohen Empfindlichkeit darauf ankommt, die von der zu untersuchenden Probe emittierten Elektronen möglichst vollständig zu erfassen. Dazu ist es erforderlich, daß der zulässige, ausnutzbare Raumwinkel, in dem die Elektronen von der Probe emittiert werden, groß ist.

Selbst bei sehr genauer Justierung und Montage treten jedoch im Strahlverlauf der von der Probe emittierten Sekundärelektronen Verzerrungen auf, die 'auf einem elektrooptischen Astigmatismus beruhen. Diese Verzerrungen führen dazu, daß der Querschnitt des Sekundärelektronenstrahls von der idealen Kreisoder Ringform abweicht, so daß ein Teil der Sekundärelektronen den Detektor nicht erreicht und für die Messung verloren geht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein axialsymmetrisches Analysatorsystem der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, bei dem ein geringerer Strahlverlust auftritt, ohne daß bei der Montage und Justierung des Systems besonders kleine Toleranzen eingehalten werden müßten.

ίο Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 angegeben. Die danach vorgesehenen Nachweiselektroden gestatten es, die Abweichung des Teilchenstrahlquerschnitts von der exakten Kreis- oder Ringform zu bestimmen, um diese

'.* Abweichung dann korrigieren zu können. Dadurch lassen sich praktisch unvermeidbare Ungenauigkeiten in der Geometrie des Analysatorsystems kompensieren, was letzten Endes zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades des Analysatorsystems führt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Analysatorsystem;

Fig.2 eine Draufsicht auf die in dem System nach F i g. 1 verwendete Korrektur- und Nachweiselektrodenanordnung;

Fig.3 einen Schnitt durch die Anordnung nach Fi g. 2 entlang HI-III;und

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer mit der Anordnung nach F i g. 2 verbundenen Korrekturschaltung.
Gemäß Fi g. 1 wird der von einem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem 1 emittierte Primärstrahl 2 mittels einer Linse 3 auf einen Punkt deiner Probe 4 fokussiert, die darauf an dieser Stelle geladene Teilchen 5, beispielsweise Auger-Elektronen, im wesentlichen gemäß einer Raumverteilung nact dem Kosinus-Gesetz emittiert. Die von diesen geladenen Teilchen gebildete Sekundärstrahlung wird durch axialsymmetrisch angeordnete Ablenkelektroden 6, 7 und 8 auf eine Blende 9 konvergiert, in deren Öffnung sich die Strahlen auf der Achse des Systems schneiden. Durch einen hinter der

■•5 Blende 9 angeordneten Zylinderspiegel-Energieanalysator 10 werden die Teilchen auf einen auf der Achse angeordneten Detektor Il fokussiert.

Die Ablenkelektroden 6, 7,8 und der Energieanalysator 10 werden von einer Spannungsquelle 20 über Spannungsteiler-Widerstände 12, 13 und 14 mit Spannung versorgt.

Wie in F i g. 3 besonders deutlich gezeigt, sind vier Nachweiselektroden 17 über Isolierstücke 16 auf der Blende 9 befestigt. Diese sowie vier Korrekturelektroden 15 sind axialsymmetrisch angeordnet. Die inneren Enden der Nachweiselektroden 17 und die Blende 9 sind zueinander lagemäßig so ausgerichtet, daß der durch die Blende 9 hindurchtretende Teilchenstrahl von den Nachweiselektroden nicht abgefangen wird.
μ Die Korrektur der Querschnittsform des Teilchenstrahls wird in der nachfolgend beschriebenen Weise vorgenommen. Es wird ein Zustand eingestellt, der etwas von der optimalen Bedingung für den Durchtritt des Teilchenstrahls durch die Blende 9 abweicht, so daß f>5 ein Teil des Teilchenstrahls auf die Nachweiselektroden 17 auftreffen kann. Daher kann die Menge der auf die Nachweiselektroden auftreffenden geladenen Teilchen gemessen werden.

Sind die Anzahlen der geladenen Teilchen, die auf die einzelnen Nachweiselektroden 17 auftreffen, gleich, so kann angenommen werden, daß die Querschnittsform des durch die Blende 9 hindurchgehenden Teilchenstrahls konzentrisch kreisförmig ist Wenn die Zahl der auf die jeweiligen Nachweiselektroden auftreffenden geladenen Teilchen unterschiedlich ist, werden die an die Korrekturelektroden J5 angelegten Spannungen mit einem Verstärker 18 und einer veränderlichen Spannungsquelle 19 verändert, so daß auch dementsprechend veränderte und angepaßte elektrische Felder auf den TeiJchenstrahl einwirken. Auf diese Weise wird die Querschnittsform des Teilchenstrahl korrigiert und ein sehr genau kreisförmiger Teilchenstrahl gebildet, der durch die Blende 9 hindurchtritt.

F i g. 4 zeigt ein Blockschallbild, anhand dessen die Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels näher erläutert werden soll.

Die Nachweiselektroden 17 und die Korrekturelektroden 15 sind an den Orten A, B, Cbzw. D angeordnet

Im vorliegenden Falle wird der von der Nachweiselektrode 17 am Ort A festgestellte S'Ornwtrt als Bezugswert verwendet. Die an den Orten B, C und D festgestellten Stromwerte werden jeweils mit dem Bezugswert des Orts A verglichen. Die Korrektur wird so ausgeführt, daß die jeweiligen Werte gleich dem Bezugswert des Orts A gemacht werden.

Der an der Nachweiselektrode 17 des Orts A festgestellte Stromwert wird als Spannungswert an einen in F i g. 4 dargestellten Widerstand Ra gemessen. Die an den Nachweiselektroden 17 der Orte B₁ Cund D festgestellten Stromwerte werden als Spannungswerte an den Widerständen Rb, /?cund /?ogemessen.

Um den von der Nachweiselektrode 17 am Ort B gemessenen Stromwert mit dem Bezugswert des Orts A zu vergleichen, steht der bewegliche Kontakt der Schalter Si und 52 mit jeweils dem Kontakt B in Verbindung. Die an den Detektorelektroden 17 der Orte A und B festgestellten Ströme werden in einem Differenzverstärker 21 verglichen, und die Differenz dieser Ströme wird einem Regelverstärker 23 als Eingangssignal zugeführt

Der Ausgang des Regelverstärkers 23 ändert den Widerstandswert eines Widerstandes Rb- Dementsprechend ändert sich auch die an der Korrekturelektrode 15 des Orts B anliegende Spannung, und der Verlauf des Teilchenstrahls wird dadurch korrigiert Der Korrekturvorgang wird abgebrochen, wenn der von der Detektorelektrode 17 des Orts B festgestellte Stromwert gleich dem Stromwert am Ort A ist.

Danach werden die Schalter S\ und S₂ nacheinander auf die Schalterkontakte C und D umgeschaltet, und dieselben Regelungsvorgänge wie zuvor beschrieben werden durchgeführt, um den Teilchenstrahlverlauf allmählich so zu korrigieren, daß die Querschnittsform des Teilchenstrahls zu einem Kreis wird. Für die Ansteuerung weiterer Widerstände Ra, Rc und Rd sind entsprechende Regelverstärker 22, 24 und 25 vorgesehen.

Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren ist es möglich, den Teilchenstrahl so durch den Analysator laufen zu lassen, daß die Zahl der auf die Blende 9 auftreffenden, geladenen Teilchen sehr klein is;

Bei der anschließenden Energieanalyse werden die an den Korrekturelektroden 15 anliegenden Spannungen synchron mit den Spannungen an den Ablenkelektroden 6, 7, 8 und an den Zylinderspiegel-Analysator 10 geändert.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden vier Nachweiselektroden mit zugehörigen Korrekturelektroden verwendet. Es ist jedoch auch möglich, mehr oder weniger als vier zu verwenden, jedoch sind die genannten Elektroden axialsymmetrisch angeordnet

Wenn eine Gruppe von Korrekturelektroden zur Korrektur des Teilchenstrahls nicht ausreicht, können auch mehrere Gruppen verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Axialsymtnetrisches Analysatorsystem für geladene Teilchen, die aus einer auf der Achse angeordneten Probe (4) durch Bestrahlung mittels eines Primärstrahls (2), dessen Mittelachse auf der Achse des Analysatorsystems liegt, emittiert werden, mit rotationssymmetrischen Ablenkelektroden (6... 8), die die von der Probe emittierten geladenen Teilchen als Punkt oder als Kreisring auf eine mit einer rotationssymmetrischen Öffnung versehene Blende (9) fokussieren, mit einem rotationssymmetrischen Energieanalysator (10), der die durch die Blendenöffnung hindurchtretenden Teilchen auf einen auf der Achse angeordneten Detektor (11) fokussiert, und mit axialsymmetrischen Korrekturelektroden (15), die zwischen den Ablenkelektroden (6 ... 8) und der Blende (9) angeordnet sind und zur Korrektur von Abweichungen des TeilchenstrahlquerschnvUes von der Rotationssymmetrie dienen, dadurch gekennzeichnet, daß axialsymmetrische Nachweiselektroden (17) zwischen den Ablenkelektroden (6 ... 8) und der Blende (9) angeordnet sind, um die Abweichung des Teilchenstrahlquerschnitts von der Rotationssymmetrie zu bestimmen.

2. Analysatorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung ('S 1,52,21... 25) zur Einsteilung der an den Korrekturelektroden (15) liegenden Spannungen in Abhängigkeit von den durch die Nachweiselektroden (17) ermittelten Teüchenstrahlintensitäten einen Differenzverstärker (21) aufweist, der mit semem einen Eingang mit einer Nachweiselektrode (17) fest verbunden und mit seinem anderen Eingang selektiv an die übrigen Nachweiselektroden (17) anschließbar ist und dessen Ausgang auf jeweils eines von mehreren Stellgliedern (23 ... 25) zur Änderung der an der jeweils zugehörigen Korrekturelektrode (15) liegenden Spannung schaltbar ist.

3. Analysatorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vier gleichwinklig um die Achse verteilte Nachweiselektroden (17) und vier diesen jeweils zugeordnete Korrekturelektroden (15) vorgesehen sind.