DE2915073A1

DE2915073A1 - Detektor fuer rueckgestreute elektronen, zur verwendung bei einem elektronenmikroskop

Info

Publication number: DE2915073A1
Application number: DE19792915073
Authority: DE
Inventors: Vivian Noel Edward Robinson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-04-18
Filing date: 1979-04-12
Publication date: 1979-10-31
Also published as: US4217495A; JPS54140867A

Description

; ;DlPL.-rfrG: STAPF DIPL.-INGi.SCHWABE" . DR. DR;. SANDMAIR 2915073

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02

Λ.

Dr. Berg Dipl.-Ing. Stapf und Partner, 8 München 86, P.O. Box 860245

Anwaltsakte: 29 993 12. April 1979

Vivian Noel Edward Robinson Oyster Bay, N.S.W. 2225/Australien

Detektor für rückgestreute Elektronen, zur Verwendung bei einem Elektronenmikroskop

VIl/XX/Ktz

9Q98U/0748

* (089)988272 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Banken: Bayerische Vereinsbank München 453100

987043 TELEX: 0524560 BERG d Hypo-Bank München 3892623

^{98 3310} Postscheck München 653 43 -

Anwaltsakte; 2 9 993

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Detektor für rückgestreute Elektronen, zur Verwendung bei einem Elektronenmikroskop.

Unlängst durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, daß, wenn eine Probe in einem Elektronen-Mikroskop mit Strahlabtastung, einem sogenannten Raster-Elektronenmikrοskop, mit dem Elektronenstrahl beschossen wird, es oft mehr rückgestreute Elektronen gibt als Sekundärelektronen emittiert werden. Weitere Untersuchungen haben gezeigt, daß dies rückgestreute Elektronensignal gefühlt und festgestellt werden kann, und ein Bild gibt, daß denselben kleinen Abstand bzw. Zwischenraum zeigt, der mit einem Sekundärelektronen-Detektor gefühlt und festgestellt werden kann. Um den Vorteil dieses größeren Signals auszunützen, sollte jedoch ein Detektor für rückgestreute Elektronen geschaffen werden, welcher einen Raumwinkel an der Probe aufweist, um soviel rückgestreute Elektronen wie möglich aufzufangen, und bei welchem sie wirksam nachgewiesen und festgestellt werden können.

Die Erfindung soll daher einen Detektor für rückgestreute Elektronen schaffen, mit welchem auf einfache und noch dazu wirksame Weise zumindest ein Teil des Wegs in Richtung auf die oben angeführten Ziele gegangen ist oder welcher der

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Öffentlichkeit zumindest eine brauchbare Wahlmöglichkeit gibt. Dies ist gemäß der Erfindung bei einem Detektor für rückgestreute Elektronen durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in dem Unteransprüchen angeführt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zwei bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Detektors für rückgestreute Elektronen gemäß der Erfindung;

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine Schnittansicht des vorderen Endes des in Fig. 1 dargestellten Detektors für rückgestreute Elektronen; und

Fig. 3 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten Detektors für rückgestreute Elektronen, wobei die gleichen Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind ein Detektor für rückgestreute Elektroden und eine abgewandelte Ausführungsform davon für eine Verwendung bei Elektronenmikroskopen mit Strahlabtastung folgendermaßen ausgeführt: Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform

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der Erfindung ist ein Arm 1 aus Scintillationsmaterial vorgesehen, welches ein Material ist, das Photonen emittiert, wenn es von einer Strahlung getroffen wird. Der Arm weist einen in etwa rechteckigen Querschnitt auf, dessen Breite größer als dessen Tiefe bzw. Dicke ist, und weist einen Basis-Tragteil 2 größerer Tiefe bzw. Dicke auf, der sich zu einem vorderen Endteil 5 geringerer Tiefe bzw. Dicke hin verjüngt. Sowohl die Oberseite 3 als auch die Unterseite 4 des Arms sind im wesentlichen glatt und eben. Die Unterseite 4 des Arms verläuft schrägnach oben, so daß das vordere Ende 5 eine rechteckige Form hat, dessen Breite erheblich größer ist als seine Tiefe bzw. Dicke. DerArm 1 ist an einem Halteflansch 6 gehalten und mit einem Photovervielfacher 7 verbunden.

An dem vorderen Ende des Arms ist eine quer verlaufende Bohrung 8 durch das Scintillationsmaterial ausgebildet_;und während des Betriebs ist der Detektor bezüglich des Elektronenmirkoskops so ausgerichtet, daß ein Elektronenstrahl 9 nach unten durch die Bohrung 8 hindurchgeht, um eine Probe 10 zu bestrahlen, die auf einem Tragteil 11 unter der Bohrung 8 angeordnet und gehalten wird.

Die besondere Ausbildung der Bohrung wird nunmehr anhand von Fig. 2 beschrieben. Die Bohrung ist so beschaffen, daß in dem Scintillationsmaterial eine konischeForm mit einem Winkel von etwa 45° ausgebildet ist, um dadurch eine konische Vertiefung 12 in der oberen Fläche des Scintillationsmaterials zu schaf-

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fen. Eine Metallbuchse weist eine konischen Außenfläche auf, die der konischen Form der Vertiefung 12 in dem Scintillationsmaterial entspricht, und hat ein Innengewinde 14 an der zylindrischen Innenfläche der Buchse. Die Buchse ist in dem Scintillationsmaterial beispielsweise durch Einkleben mittels Epoxiharz befestigt. Ein Einsatzteil 15 weist ein Außengewinde auf, daß dem Innengewinde 14 in der Buchse 13 entspricht, so daß das Einsatzteil 15 durch Einschrauben in die Buchse 13 in dem Scintillationsmaterial gehaltert werden kann. Um dies zu erleichtern, können im unterenRand des Einsatzteils 15 zwei Löcher oder Einschnitte 16 vorgesehen sein, in die ein entsprechendes Werkzeug eingesetzt werden kann,um das Einsatzteil 15 in die Buchse 13 zu schrauben. Das Einsatzteil für die Bohrung hat eine glatte Innenbohrung.

Die Außenfläche des Arms 1 aus Scintillationsmaterial ist zumindest an der Oberseite 3, an den Seiten und am vorderen Ende mit einem Metallüberzug 17 bedeckt, welcher einen unmittelbaren elektrischen Kontakt mit der Buchse 13 und damit mit dem Einsatzteil 15 hat, so daß zu dem Einsatzteil, das aus Metall, vorzugsweise aus Kupfer besteht, über die Buchse 13 und den Metallüberzug 17 eine elektrische Verbindung herstellbar ist. Während des Betriebs ist eine einfache Masse 'verbindung zwischen dem metallischen überzug 17 am Flansch 7 und einer entsprechenden Erdung vorgesehen. Während des Betriebs kann die elektrische Verbindung geerdet sein, oder sie kann andererseits mit einer Gleichspannung verbunden sein.

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Die Unterseite des Arms 1 ist an der Stelle 18 ausgeschnitten, so daß die unter dem Arm gehalterte Probe näher bei der Bohrung 8 angeordnet werden kann, so daß die von der Probe rückgestreuten Elektronen leichter mittels des Scintillationsmaterials aufgefangen werden können.

Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Arm aus Scintillationsmaterial verschiedene andere Formen aufweisen, um ihn dadurch an andere Elektronenmikroskope und an andere Anwendungen anzupassen, bei welchen der Detektor verwendet werden kann· Eine derartige Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt, in welcher der Arm 1 einen etwa kreisförmigen Querschnitt an dem Basis-Tragteil 2 und eine ebene Fläche an dem oberen Teil 3 aufweist, der aus der oberen Fläche des kreisförmigen Arms ausgeschnitten ist, und dadurch an dieser Stelle eine ebene Auflage bildet. Die Unterseite 4 des Arms verläuft schräg nach oben, so daß das vordere Ende 5 eine im wesentlichen rechteckige Form aufweist, die eine erheblich größere Breite als Dicke hat. Im übrigen ist die Ausbildung dieser Ausführungsform dieselbe wie die in Fig. 1 und ist auch mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Die besondere Form des aus Scintillationsmaterials gebildeten Arms ist so gewählt, daß die rückgestreuten Elektronen, wenn sie von de Probe emittiert werden, über einem Raumwinkel zwischen 0,3 Π Sterad und 1,9nsterad gefühlt und festgestellt werden können. - 9 -

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Bei Verwendung des Detektors zum Fühlen rückgestreuter Elektronen wird eine Probe 10, wie vorstehend bereits beschrieben, entsprechend angeordnet und gehalten und mit einem Elektronenstrahl 9 bestrahlt, der durch das Einsatzteil 15 in der Bohrung 8 verläuft. Die von der Probe rückgestreuten Elektronen gehen in das Scintillationsmaterial 19 hinein, welches Photonen emittiert, die zu dem Photovervielfacher 7 gelangen und dort angezeigt werden, wie es in der Elektronenmikroskop-Technik üblich ist.

Es hat sich herausgestellt, daß, wenn Detektoren für rückgestreute Elektronen verwendet werden, die Bohrung 8 ausreichend groß gehalten sein muß, da sonst die Konzentration des durch die Bohrung hindurchgehenden Elektronenstrahls 9 zuerst einAufschaukeln von Elektronen an der Oberfläche des Scintillationsmaterials bewirkt, welches Schwierigkeiten aufgrund von Astigmatismus ergibt, und sich zweitensölablagerungen, welche von dem Elektronenstrahl mitgeführt werden , von der Vakuumpumpe der Elektronenmikroskops ausbilden. Bei der Erfindung kann ein viel kleineres Loch verwendet werden, was den Vorteil hat, daß ein höherer Prozentsatz der von der Probe rückgesteuerten Elektroden in dem Scintillationsmaterial aufgefangen wird, während bei einer großen Bohrung ein hoher Prozentsatz der rückgestreuten Elektronen durch die Bohrung nach oben gelangt und dadurch für den Detektor verloren sind.

Durch die bei der Erfindung vorgesehene kleinere Bohrung,

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welche einen Durchmesser von weniger als 15mm und vorzugsweise von weniger als 10mm hat, kann in der Bohrung ein Einsatzteil vorgesehen werden, das geerdet ist, um dadurch irgendwelche Elektronen abzuleiten, welche sich um die Bohrung herum durch den Elektronenstrahl 9 ausbilden und aufbauen können. Durch das Ableiten der Elektronen sind die Schwierigkeiten aufgrund von Astigmatismus verhindert, welche sonst auftreten würden, ölablagerungen an der Innenfläche des Einsatzteils 15 können ohne weiteres entfernt und gereinigt werden, indem das Einsatzteil aus der Buchse 13 einfach herausgeschraubt und durch ein sauberes Einsatzteil ersetzt wird. Das verschmutzte Einsatzteil kann in Ruhe gereinigt werden, so daß dadurch eine · wirksame und kontinuierliche Benutzung des Elektronenmikroskops ermöglicht ist.

Durch die Erfindung ist somit ein Detektor für rückgestreute Elektronen geschaffen, bei welchen, da er ein herausnehmbares Einsatzteil in der in dem Scintillationsmaterials ausgebildeten Bohrung hat, welches durch eine elektrische Masseverbindung geerdet ist, eine Bohrung, die erheblich kleiner ist als dies bisher möglich war_; verwendet werden kann, was den Vorteil hat, daß der Ausgang von dem Scintillationsmaterial zu dem Photovervielfacher erheblich verbessert ist.

Ende der Beschreibung

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Claims

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR ^ ^d ' V U /

PATENTANWÄLTE
8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45

Dr. Berg Dipl.-Ing. Slapf und Partner, 8 München 86, P.O. Box 860245

Anwaltsakte: 29 993

Patentansprüche

£k) Detektor für rückgestreute Elektronen, zur Verwendung bei einem Elektronenmikroskop, dadurch gekennze ichnet, daß der Detektor einen Arm (1) aus Scintillationsmaterial hat,der an einem Ende an einem Photovervielfacher (7) angekoppelt werden kann und der an seinem anderen, gegenüberliegenden Ende eine quergerichtete Bohrung (8) aufweist, durch die der Elektronenstrahl (9) des Elektronenmikroskops hindurchgeht,und daß in der Bohrung (8) ein Einsatzteil (15) aus Metall vorgesehen ist, das elektrisch anschließbar ist.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsatzteil (15) aus der Bohrung (8) ohne weiteres herausnehmbar ist.

3. Detektor nach Anspruch 2, dadurch ge kenn ζ e ichnet, daß eine Buchse (13) aus Metall in der Bohrung (8) fest mit dem Scintillationsmaterial verbunden ist, und daß die Buchse (13) ein Innengewinde und das Einsatzteil (15) ein dazu passendes Außengewinde aufweist, so daß das Einsatzteil (15) durch Herausschrauben aus der Buchse (13) auswechselbar ist.

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(089)988272 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Banken: Bayerische Vereinsbank München 453100

987043 TELEX: 0524560 BERG d Hypo-Bank München 3892623

983310 Postscheck München 65343-808 ·

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4. Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (13) in dem Scintillationsmaterial durch Einkleben mittels eines Epoxiharzes befestigt ist.

5. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (1) zumindest auf seiner oberen Fläche (1) mit einem Metallüberzug (17) versehen ist, und daß die elektrische Verbindung von dem Einsatzteil (15) aus über den Metallüberzug (17) durchgeführt ist.

6. Detektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm (1) im Querschnitt im allgemeinen rechteckig ist, und daß sich der Metallüberzug (17) über die obere Fläche (3), die Seiten (19) und das vordere Ende (19) des Arms (1) erstreckt.

7. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Scintillationsmaterial unter dem Einsatzteil (17) kegelförmig ausgeschnitten ist.

8. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung durch das Einsatzteil (15) im Durchmesser kleiner als 15mm ist.

9. Detektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeic hn e t, daß die Bohrung im Durchmesser kleiner als 10mm ist.

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0O. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Scintillationsmaterial einen Raumwinkel an der Probe zwischen 0,8Π Sterad und 1,8X1 Sterad aufweist.

11. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung eine geerdete Verbindung ist.

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