DE2921151A1

DE2921151A1 - Vorrichtung zum nachweis von in einem elektronenstrahlmikroskop von einer probe ausgehenden rueckstreuelektronen

Info

Publication number: DE2921151A1
Application number: DE19792921151
Authority: DE
Inventors: Ludwig Prof Dr Reimer
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1979-05-25
Filing date: 1979-05-25
Publication date: 1980-11-27
Also published as: GB2050689B; DE2921151C2; GB2050689A; US4308457A

Description

2921151 Ernst Leitz Wetzlar GmbH _{pat st/¥o} _ ₂₁ ^

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Vorrichtung zum Nachweis von in eine« Elektronenatrahlmikroskop von einer Probe ausgehenden Rückstreuelektronen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis von in einen Elektronenstrahlmikroskop von einer Probe ausgehenden Rückstreuelektronen mit einem Konverter zur Umwandlung der Rücketreuelektronen in Sekundärelektronen und einem Sekundärelektronendetektor.

In einem Elektronenstrahlmikroskop wird die zu untersuchende Probe mit einem Elektronenstrahl beaufschlagt. Dabei werden zum einen aus der Probe niederenergetische Sekundärelektronen ausgelöst. Zum anderen wird ein größerer Teil der auf treffenden Elektronen mit geringem Energieverlust an der Probe gestreut. Diese Rückstreuelektronen erzeugen ihrerseits beim Auftreffen auf Wände oder andere Teile der Objektkammer oder Wiederauftreffen auf die Probe Sekundärelektronen, die von einem Sekundärelektronendetektor gemeinsam mit den aus der Probe primär ausgelösten Sekundärelektronen nachgewiesen werden. Von den Rückstreuelektronen selbst werden durch den Detektor nur diejenigen nachgewiesen, die in Richtung des Detektors gestreut werden.

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Patentabteilung

Da die aus der Probe ausgelösten Sekundärelektronen und die an der Probe gestreuten Rückstreuelektronen unterschiedliche Informationen über die Probe enthalten, wurden Versuche unternommen, um beide getrennt voneinander und möglichst vollständig nachzuweisen. Eine dafür teilweise geeignete Anordnung wird in Scanning Electron Microscopy (1978) Vol. 1_, Seiten 303 bis 310 beschrieben.

Zur Trennung der aus der Probe ausgelösten Sekundärelektronen von den Rückstreuelektronen wird die Probe mit einem Abschirmnetz versehen. Ein an das Abschirmnetz gelegtes negatives Potential hält die niederenergetischen Sekundärelektronen zurück. Die höherenergetischen Rückstreuelektronen treten durch das Abschirmnetz hindurch und lösen beim Auftreffen auf die Kammerwandungen und insbesondere an dem der Probe benachbarten Polschuh der Elektronenoptik Sekundärelektronen aus. Ein vor dem Sekundärelektronendetektor befindliches positives Potentialfeld saugt diese Sekundärelektronen in den Detektor hinein. Dabei wurde auch vorgeschlagen, die Zahl der von den Rückstreuelektronen erzeugten Sekundärelektronen durch Anordnung einer Platte mit hohem Sekundärelektronen-Emissionskoeffizienten vor den Polschuhen der Elektronenoptik zu erhöhen. Zusätzlich sollte durch besondere Formgebung dieser Elektronen-Konversions-Platte dafür gesorgt werden, daß möglichst alle Sekundärelektronen durch den Detektor erfaßt werden. Diese bekannte Anordnung erlaubt zwar einen getrennten Nachweis der Rückstreuelektroneη durch erhöhte Umwandlung in Sekundärelektronen, es ist aber nicht möglich, auch die an der Probe erzeugten Sekundärelektronen getrennt von den Rückstreuelektronen zu messen.

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Patentabteilung

Die an der Probe erzeugten Sekundärelektronen können zusammen mit den Rückstreuelektronen nachgewiesen werden, venn das Abschirmnetz über der Probe geerdet wird oder ein schwach positives Potential erhält. Dabei ist aber zu beobachten, daß die in dem primären Sekundärelektronenstrom enthaltene Information verstärkt von dem durch Konversion erzeugten Sekundärelektronenstrom überdeckt wird«,

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die Vorteile beim Nachweis der Rückstreuelektronen durch Angabe eines besonders geeigneten Konverters weiter zu verbessern und gleichzeitig die Möglichkeit zu schaffen, die an der Probe ausgelösten Sekundärelektronen getrennt von den durch Konversion der Rückstreuelektronen erzeugten Sekundärelektronen nachzuweisen,,

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch einen Konverter gelöst, der mit einem kristallinen Material niedriger Ordnungszahl und geringer elektrischer Leitfähigkeit beschichtet ist» Als BeSchichtungsmaterial hat sich dabei Magnesiumoxid als besonders vorteilhaft erwiesen« Ein Konverter aus einer metallischen Trägerplatte mit aufgedampfter Magnesiumoxid-Schicht hat sich besonders bewährt. Der Konverter kann an der metallischen Trägerplatte mit einem Anschluß zum Anlegen einer Spannung versehen sein. Außerdem kann ihm ein elektrischer Leiter zur Erzeugung eines ihn übergreifenden Potentialfeldes zugeordnet sein. Der elektrische Leiter wird zweckmäßigerweise als Netz ausgebildet, das die Konverterfläche überdeckt und über einen elektrischen Xsolator am Rand des Konverters befestigt ist.

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Auch kann der Konverter mehrteilig ausgebildet sein, wobei die einzelnen Teile unterschiedlichen Rückstreu-Raumwinke lberei ehe η zugeordnet sind.

Aus der präparativen Technik der Elektronenmikroskopie ist es bekannt, die Proben mit Gold zu bedampfen, da dieses als guter elektrischer Leiter elektrostatische Aufladungen vermeidet und außerdem gute Sekundärelektronenausbeute liefert. Die Versuche zur Entwicklung eines Rückstreuelektronen-Konverters mit erhöhter Konversionsrate IQ haben demgegenüber ergeben, daß eine Goldbedarapfung völlig unbrauchbar ist und daß man ein Element oder eine Verbindung mit niedriger Ordnungszahl zu wählen hat. Überraschenderweise hat sich dabei herausgestellt, daß mögliche elektrostatische Aufladungen die Nachweiseempfindlichkeit der Anordnung nicht beeinträchtigen« Als zusätzlicher, nicht vorhersehbarer vorteilhafter Effekt konnte darüber hinaus beobachtet werden, daß die erfindungsgemäße Beschichtung über große Energiebereiche der Rückstreuelektronen eine konstante Konversionsrate aufweist. Die kristalline Struktur der Magnesiumoxidschicht verringert außerdem das Rückstreuverhalten der Konverterplatte, so daß weniger doppelt gestreute Elektronen auftreten« Durch die Anordnung eines Abschirmnetzes mit einem geeigneten Potential vor dem erfindungsgemäß präparierten Konverter kann wahlweise der Beitrag der Rückstreuelektronen zum Detektorsignal unterdrückt werden, so daß ein wesentlich verbesserter Nachweis der an der Probe ausgelösten Sekundärelektronen möglich ist.

Die Aufteilung des Konverters in mehrere unabhängig voneinander wirksame Teile ermöglicht eine Richtungsdiskriminierung der Rückstreuelektronen.

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Patentabteilung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt» Es wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 Aufbau und Anordnung des Konverters in einem Elektronenstrahlmikroskop und Fig. 2 eine Aufsicht auf den Konverter.

In Fig» 1 liegt eine elektronenoptisch zu untersuchende Probe 10 auf einem gegenüber der optischen Achse 11 des Elektronenstrahlmikroskops kippbaren Probenhalter 12. Über der Probe 10 ist ein Abschirmnetz 13 angebracht, das über einen Isolator lh mit dem Probenhalter 12 verbunden ist. An das Abschirmnetz 13 kann über einen Anschluß 15 eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen werden.

Der Probe 10 gegenüber befindet sich ein Polschuh 16 einer nicht weiter dargestellten Elektronenlinse« Der Elektronenstrahl tritt durch eine Bohrung I7 hindurch. Auf den Polschuh 16 ist ein Haltering 18 aus einem isolierenden Werkstoff, beispielsweise Teflon, geschoben, in den eine Konverterplatte 19 eingelegt ist.

Der Haltering 18 ist in Fig. 2 in der Aufsicht dargestellt. Er weist im Zentrum eine Öffnung I7¹ zum Durchtritt des Elektronenstrahls auf. Der zentrale Ring 20 um diese Öffnung herum wird beispielsweise über Stege 21 in dem Haltering 18 getragen.

Die Konverterplatte 19 ist durch eine Teflonscheibe 22 gegenüber dem Polschuh 16 elektrisch isoliert. Auf der der Probe 10 zugewandten Seite ist die Konverterplatte mit Magnesiumoxid beraucht, das sich als dünne kristalline Schicht auf der z.B. aus Messing bestehenden Trägerplatte niedergeschlagen hat« Die Konverterplatte ist mit einem Anschluß 23 zum Anlegen einer Spannung versehen.

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Über den Haltering 18/20 ist als weitere erfinderische Maßnahme ein Abschirmnetz 2k gespannt, das ebenfalls mit einem Anschluß 25 zum Anlegen einer Spannung versehen ist. Das Abschirmnetz 2k besteht beispielsweise aus einem feinmaschigen Drahtgewebe, das in Abhängigkeit vom Potential der Konverterplatte aber auch grobmaschig oder als einfacher Ring ausgebildet sein kann.

Unterhalb der Probe 10 ist ein weiterer Konverter angeordnet, der im Aufbau dem unter dem Polschuh 16 angebrachten gleicht und in dem gleiche Teile gleich bezeichnet sind« Der Sekundärelektronendetektor 26 weist einen bekannten Aufbau auf und ist nur mit seinem Elektronenaufnahmeteil dargestellt. Ein Netz 27, das über einen Anschluß 28 mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden ist, erzeugt ein Potentialfeld, das die an der Probe und der Konverterplatte ausgelösten Elektronen auf einen Szintillator 29 leitet.

Für die Messung der an der Probe 10 rückgestreuten Elektronen unabhängig von den direkt ausgelösten Sekundärelektronen wird das Abschirmnetz 13 gegenüber der Probe 10 auf ein negatives Potential gelegt. Die Konverterplatte 19 erhält ein negatives Potential gegenüber dem Abschirmnetz 2k, das zweckmäOigerweise geerdet wird, ebenso wie die Probe 10„ Venn das Abschirmnetz 2k geerdet ist, besitzt es dasselbe Potential wie die zentrale Durchführung 17 im Polschuh 16. Da das Abschirmnetz Zk außerdem auch die Randbereiche der Konverterplatte 19 überspannt, greift deren Potentialfeld nicht in den Strahlbereich des primären Elektronenstrahls ein, so daß dessen Fokussierung durch diese Anordnung nicht gestört wird.

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Die Konverterplatte unterhalb des Polschuhs 16 erfaßt einen großen Raumwinkel der Rückstreuelektronen in Rückwärtsrichtung und ist daher besonders für die Abbildung des Materialkontrastes geeignete

Durch die Anordnung des Abschirmnetzes 2k über der Konverterplatte 19 ist es nunmehr auch möglich, die an der Probe 10 ausgelösten Sekundärelektronen unabhängig von den Rückstreuelektronen nachzuweisen. Dazu wird das Netz 13 über der Probe 10 auf ein positives Potential gelegt und außerdem die Konverterplatte 19 ebenfalls positiv gegenüber dem weiterhin geerdeten Abschirmnetz 2k geschaltet» Dadurch werden die von den Rückstreuelektronen an der Konverterplatte I9 erzeugten Sekundärelektronen zurückgehalten« Wegen des geringen Rückstreukoeffizienten der Magnesiumoxidschicht werden aber auch weniger Rückstreuelektronen, die durch das Abschirmnetz 2k hindurchtreten und an Kammerwandungen Sekundärelektronen auslösen könnten an der Konverterplatte zum zweiten Mal gestreut.

In einer dritten Betriebsweise können sowohl die an der Konverterplatte 19 unterhalb des Polschuhs 16 erzeugten Sekundärelektronen als auch die an der Probe erzeugten Sekundärelektronen in der bereits beschriebenen Weise unterdrückt und nur die an der seitlich unterhalb der Probe angeordneten Konverterplatte erzeugten Sekundärelektronen nachgewiesen werden. Diese Konverterplatte erfaßt bei geneigter Probe die vorwärts gestreuten Elektronen und ist daher besonders zur Messung des Topographiekontrastes geeignet.

Im Hinblick auf eine Richtungsselektion der Rückstreuelektronen ist es besonders vorteilhaft, wenn die unterhalb

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des Polschuhs 16 angeordnete Konverterplatte 19 in mehrere Segmente aufgeteilt wird, die hinsichtlich der Durchlässigkeit für die erzeugten Sekundärelektronen durch Anlegen unterschiedlicher Potentiale unabhängig einschaltbar sind. Dazu könnten zum Beispiel in die in Fig. 2 dargestellten Felder des Halteringes 18 einzelne Konverterplatten eingelegt werden, die jeweils mit Anschlüssen 23 zum getrennten Anlegen einer Spannung versehen sind. Die Felder könnten selbstverständlich auch aus konzentrischen Ringen bestehen oder eine Kombination aus Segmenten und Ringen darstellen.

Für einen herstellungstechnisch günstigen Aufbau der Konverterplatte hat sich die Verwendung der für gedruckte Schaltkreise vorgesehenen Platten als sehr vorteilhaft erwiesen. Diese Platten bestehen aus einem festen, elektrisch isolierenden Träger mit einer Kupferbeschichtung. Diese Kupferbeschichtung kann mit Hilfe photographischer Ätztechniken in beliebig geformte Einzelfelder aufgeteilt werden, die jeweils eigene Zuleitungsbahnen besitzen. Auf die so vorbereitete Konverterplatte wird die konversionssteigernde Beschichtung aufgebracht. Am Rand der isolierenden Trägerplatte kann nach Entfernung angrenzender Kupferschichten das Abschirmnetz befestigt werdeηο

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Claims

Ansprüche

1, Vorrichtung zum Nachweis von in Elektronenstrahlmikroekopen von einer Probe ausgehenden Rückstreuelektronen mit einem Konverter zur Umwandlung der Rückstreuelektronen in Sekundärelektronen und einen Sekundärelektronendetektor, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter (19) mit einem kristallinen Material niedriger Ordnungszahl und geringer elektrischer Leitfähigkeit beschichtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das BeSchichtungsmaterial Magnesiumoxid ist.

3„ Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter aus einer metallischen Trägerplatte alt aufgedampfter Magnesiumoxidschicht besteht,

k. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter (19) an der metallischen Trägerplatte mit einen Anschluß (23) zu« Anlegen einer Spannung versehen ist«,

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5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß dem Konverter (19) ein
elektrischer Leiter zur Erzeugung eines den Konverter übergreifenden Potentialfeldes zugeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter als Netz (24) ausgebildet ist, das die Konverterfläche überdeckt und über einen elektrischen Isolator (1S,2O) am Rand des Konverters befestigt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter (l9) mehrteilig ausgebildet ist, wobei die einzelnen Teile
unterschiedlichen Rückstreu-Raumwinkelbereichen zugeordnet sind.

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