DE2835978C3

DE2835978C3 - Energieanalysator zur Analyse der Energie geladener Teilchen

Info

Publication number: DE2835978C3
Application number: DE2835978A
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Sayama Goto; Isao Hino Tokio Ishikawa; Michiyasu Iruma Itoh
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-08-29
Filing date: 1978-08-17
Publication date: 1980-11-20
Also published as: JPS5436990A; DE2835978A1; GB2004114B; JPS5830697B2; DE2835978B2; GB2004114A; US4219730A

Description

Ein Energieanalysator der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung ist aus der DE-OS 27 05 430 bekannt. Ein derartiger Energieanalysator findet insbesondere in der Oberflächenanalyse von Festkörpern mittels Elektronenstrahlen, etwa Auger-Elektronen, Verwendung.

Der bekannte Energieanalysator ist in F i g. 1 veranschaulicht. Danach wird ein von einer Elektronen

kanone 1 erzeugter Elektronen-Primärstrahl 2 durch eine Fokussierlinse 3 auf eine Probe 4 fokussiert. Von der bestrahlten Stelle der Probe 4 werden geladene Teilchen 5, wie etwa Sekundärelektronen und Auger-Elektronen, in einer räumlichen Verteilung emittiert, die im wesentlichen das Kosinusgesetz erfüllt. Die gsladenen Teilchen treten zwischen zwei Kegeln, deren Scheitel im Punkt Fliegen und die halbe Vertikalwinkel von T + a bzw. Γ - a aufweisen, in den Raum zwischen Ablenkelektroden 6 und 7 ein. Die Ablenkelektroden 6 und 7 bilden ein Doppelelektrodensystem, welches axialsymmetrisch ist und L-förmigen Querschnitt hat

Die geladenen Teilchen werden längs einer scharf gekrümmten Bahn durch ein im \blenkelektrodensystern vorhandenes elektrisches Ablenkfeld weitergeführt. Ferner wird die Teilchenbahn durch eine Hilfselektrode 8 korrigiert und konvergiert auf einem Spalt 9 hinter der Hilfselektrode 8 in erster Ordnung des sehr kleinen Winkels a. Nach Durchgang durch den Spalt 9 verlaulen die Teilchen so, daß es zu einer Überkreuzung auf der Mittelachse kommt. Der Fluß der geladenen Teilchen wird durch einen in der nächsten Stufe angeordneten Zylinderspiegelanalysator einer Energieanalyse unterworfen, und nur geladene Teilchen mit einer ganz bestimmten Energie konvergieren auf einen auf der Achse angeordneten Nachweisspalt 9'. Ein Signal wird durch einen hinter dem Nachweisspalt 9' angeordneten Detektor 11 nachgewiesen.

Spannungen, die auf die Ablenkelektroden 6 und 7, die Hilfselektrode 8 und den Zylinderspiegelanalysator 10 gegeben werden, werden mit Hilfe von Spannungsquellen 12, 13 und 14 in geeigneter Weise ausgewählt, wonach die Werte der angelegten Spannungen in einem festen Verhältnis durchfahren werden. Damit läßt sich beispielsweise im Falle einer Analyse von Auger-Elektroden das von der Probe ausgesandte Elektronenenergiespektrum erhalten, weil die Elektronenbahn von der Energie abhängt.

In obigem wurde die Analyse der von der Probe ausgesandten Auger-Elektroden als Beispiel beschrieben. In diesem Fall liegt ein Schalter Si, der hinter dem Detektor 11 angeordnet ist, auf einem Kontakt A. Das nachgewiesene Signal wird durch einen Fanghilfeverstärker 15 verstärkt und einer empfindlichen Phasendetektion durch Verwendung einer Störwechselspannung einer Frequenz f unterworfen. Durch Aufzeichnen des verstärkten Signals auf einem Registriergerät 16 läßt sich hier das Auger-EIektronenenergiespeklrum gewinnen.

In einem anderen Fall liegen die Spannungsquellen 12, 13 und 14 auf festen, vorgegebenen Werten, so daß nur Auger-Elektronen einer bestimmten Energie nachgewiesen werden. In diesem Zustand wird der Schalter S\ auf den Kontakt B gelegt. Eine Ablenkspule 19 einer Kathodenstrahlröhre 20 und eine Ablenkspule 18 für den Primärelektronenstrahl werden durch eine Spannungsquelle 17 synchron betrieben, der Primärelektronenstrahl wird über die Probe getastet, und die Intensität des Signals, welches entsprechend der Abtastposition auf der Probenoberfläche erzeugt wird und den Auger-Elektronen der bestimmten Energie entspricht, wird zur Helligkeitsmodulation der Kathodenstrahlröhre 20 verwendet. Damit läßt sich ein Auger-Elektronenabtastbild eines ganz bestimmten Element entsprechend dem Abtastbereich des Primärelektronenstrahls auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 20 wiedergeben.

In vorstehendem wurde das Arbeiten des ultrahoch-

empfindlichen Auger-EIektronenanaJysators, der bislang verwendet wurde, beschrieben. Dabei werden die von der Probe erniuierten Signalladungen aus allen Richtungen nachgewiesen, weshalb es schwierig ist zu unterscheiden, ob die Intensität des nachgewiesenen Signals auf der Menge des in der Probe enthaltenen Elements beruht oder zu der 1 orm (konkav oder konvex) der Probenoberfläche an der Meßstelle in Relation steht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Energieanalysator der eingangs genannten Gattung dahingehend auszubilden, daß unter Eieibehaltung eines möglichst großen Verhältnisses zwischen dem Raumwinkel der Ladungsteilchen-Strahlen, die in den Detektor eindringen, und dem gesamten Raumwinkel, in dem die Ladungsteilchen-Strahlen von der Probenoberfläche durch Bestrahlen mit dem Primärstrahl emittiert werden, eine unterscheidungskräftige Information hinsichtlich des konkaven oder konvexen Zustands der Probenoberfläche an der Meßstelle gewonnen werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichnungsteil des Palentanspruchs 1. Danach lassen sich jeweils einzelne Sektoren der Ringform, in der die Teilchen die Ablenkeinrichtung durchsetzen, selektiv ablenken, womit unter Beibehaltung der günstigsten Raumwinkelverhältnisse der Ladungsteilchen-Strahlen eine Bestra.hlung der Probe unter einem entsprechenden Winkel simuliert wird. Durch zyklisches Umschalten der einzelnen Ablenkele- jo mente, was einer entsprechenden Änderung des »simulierten« Einfallswinkels des Primärstrahls entspricht, läßt sich die Oberflächengestalt der Probe genau ermitteln.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in s^r> den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der weiteren Figuren erläutert, von denen

Fig.2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung eines Energieanalysators ist, während

Fig.3A eine Teildarstellung der in dem Analysator nach Fig.2 enthaltenen Ablenkeinrichtung wiedergibt und

Fig.3b einen Schnitt durch die Ablenkeinrichtung nach F i g. 3A zeigt.

In F i g. 2 sind die gleichen Bauelemente wie in F i g. 1 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Oberhalb des Spaltes 9 sind Ablenkelektroden 21 zur Ablenkung der geladenen Teilchen 5 über Isolatoren 22 axialsymmetrisch angebracht. Die Ablenkelektroden 21 sind dabei so angeordnet, daß sie diejenigen geladenen Teilchen 5, die in den Spalt 9 eintreten sollen, nicht abfangen. Eine Spannungsquelle 23 dient zur Beaufschlagung der einzelnen Ablenkelektroden 21 mit Spannung.

Bei dem so aufgebauten Analysator werden zunächst die Spannungsquellen 12, 13 und 14 auf diejenigen Werte eingestellt, bei denen die von der Probe ausgesandten geladenen Teilchen am wirkungsvollsten nachgewiesen werden können. In diesem Zustand wird die Probenoberfläche durch den Primärelektronenstrahl mittels der Abtastspannungsquelle 17 abgetastet, und auf der Basis der von der Probe ausgesandten geladenen Teilchen werden Signale auf der Kathodenstrahlröhre 20 wiedergegeben. Damit läßt sich das Sekundärelektronenbild der Probenoberfläche auf dem Schirm dieser Kathodenstrahlröhre gewinnen. Im vorliegenden Fall werden die geladenen Teilchen vorher korrigiert und so eingestellt, daß sie einen wahren Kreisring bilden.

Nachfolgend wird eine Spannung an eine in einer ganz bestimmten Richtung verlaufende AblenkelektroiJe 21 angelegt, so daß ein Teil der geladenen Teilchen 5 abgelenkt und an einem Durchgang durch den Spalt 9 gehindert wird. Das als Ergebnis gewonnene Sekundärelektronenbild entspricht einem solchen, das man erhält, wenn eine Probe durch den Primärelektronenstrahl in einer ganz bestimmten Richtung bestrahlt wird. Falls ein konkaver oder konvexer Teil auf der Probenoberfläche existiert, kann er in drei Dimensionen beobachtet werden.

Wie in F i g. 3A dargestellt, kann die Spannung, die die geladenen Teilchen in einer Lage ablenkt, in der sie den Spalt nicht durchlaufen, durch einen sequentiellen Umschalter S₂ an jede der Ablenkelektroden 21 angelegt werden. Auf diese Weise wird ein Teil der geladenen Teilchen 5 sequentiell abgelenkt und die Probenoberfläche jedesmal beobachtet. Dadurch läßt sich unterscheiden, ob der Teil der Probenoberfläche konkav oder konvex ist Indem man das auf der Auger-Elektronenanalyse basierende Verteilungsbild unter gleichzeitiger Berücksichtigung dieser Information beobachtet, wird es möglich, die Form der Probe zu interpretieren.

In obigem wurde eine Ausführungsform beschrieben, bei welcher die Ablenkeinrichtung 21 für die geladenen Teilchen zwischen der Ablenkelektrode 8 und dem Spalt 9 angeordnet ist. Die Ablenkeinrichtung kann jedoch auch an jedem anderen Platz zwischen der Probe als Signalerzeugiingsquelle und dem Ablenkungssystem, dem Analysiersystem oder dem Detektor angeordnet sein. Falls eine einzige Einrichtung unzureichend ist, können auch mehrere Ablenkeinrichtungen an beliebigen Stellen in der Bahn der Teilchen angeordnet sein.

Bei obiger Ausführungsform wurde jeweils ein Teil der geladenen Teilchen unnachweisbar gemacht, indem dieser Teil durch Ablenkplatten elektrostatisch abgelenkt wurde. Der gleiche Effekt kann auch durch Abfangen eines Teils der geladenen Teilchen derart erreicht werden, daß eine Anzahl von Abschirmplatten axialsymmetrisch angeordnet ist, wobei eine oder mehrere der Abschirmplatten in Lagen beweglich sind, in welchen sie die geladenen Teilchen abfangen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Energieanalysator zur Analyse der Energie geladener Teilchen, die von einer Probe durch Bestrahlung mit einem in der Symmetrieachse des Analysators einfallenden Primärstrahl geladener Teilchen emittiert werden, mit einer Ablenkelektrodeneinrichtung aus zwei axial-symmetrischen Elektroden, deren Querschnitt in einer die Symmetrieachse enthaltenden Ebene L-förmig ist und die die von der Probe emittierten geladenen Teilchen auf einen Punkt der Symmetrieachse auf der vom Primärstrahl abgewandten Seite der Probe oder auf einen zu diesem Punkt konzentrischen Kreis fokussiert, mit einer an der Fokussierungsstelle angeordneten Spalteinrichtung, mit einer axialsymmetrisehen Energieanalysiereinrichtung zur Trennung der emittierten geladenen Teilchen bezüglich ihrer kinetischen Energie, deren Objektpunkt an der Fokussierungsstelle liegt, und mit einem Detektor zum Nachweis der energetisch getrennten geladenen Teilchen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Probe (4) und dem Detektor (11) eine Ablenkeinrichtung für die geladenen Teilchen (5) angeordnet ist, die aus einer Anzahl von axialsymmetrisch angeordneten Ablenkelementen (21) besteht, weiche derart betätigbar sind (S₂), daß nacheinander die geladenen Teilchen (5) von jeweils einem der Ablenkelemente (21) in einem von aufeinanderfolgenden, innerhalb einer zur Symmetrieachse senkrechten Ebene befindlichen Winkelsektorbereichen so abgelenkt werden, daß sie nicht zum Detektor (11) gelangen.

2. Energieanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelemente aus Ablenkelektroden (21) bestehen und die Betätigungseinrichtung aas einem sequentiellen Umschalter (S2) besteht, der nacheinander die Ablenkelektroden an Spannung legt.

3. Energieanalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlegen der Spannung mit Hilfe einer einzigen Konstantspannungsquelle (E) erfolgt.

4. Energieanalysator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß acht Ablenkelektroden (21) vorgesehen sind.

5. Energieanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkelemente aus Abschirmplatten bestehen und die Betätigungseinrichtung aus einer die Abschirmplatten nacheinander in Abschirmstellung bringenden Bewegungseinrichtung besteht.

6. Energieanalysator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß acht Abschirmplatten vorgesehen sind.