DE3126575A1

DE3126575A1 - Vorrichtung zur erfassung der sekundaerelektronen in einem rasterelektronenmikroskop

Info

Publication number: DE3126575A1
Application number: DE3126575A
Authority: DE
Inventors: Susumu Akishima Tokyo Takashima; Nobuaki Tamura
Original assignee: Jeol Ltd; Nihon Denshi KK
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1979-06-28
Filing date: 1981-07-06
Publication date: 1982-04-22
Also published as: FR2488044A1; AU4851079A; JPS5730253A; GB2081501A; AU521225B2; FR2488044B1; DE3126575C2; GB2081501B

Description

Vorrichtung zur Erfassung der Sekundärelektronen in einem Raster-

e lektr onenm ikr oskop

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Sekundärelektronen einer Probe in einem Rasterelektronenmikroskop. In neuerer Zeit sind Durchstrahlungselektronenmikroskope bekanntgeworden, welche mit einer Zusatzeinrichtung ausgerüstet sind, die die Beobachtung des aus den Sekundärelektronen gewonnenen Rastermikroskopbildes ermöglicht. Bei einem derart ausgebildeten Rasterelektronenmikroskop verbleibt bei der Beobachtung des Rasterbildes die Probe in einem Spalt zwischen den Magnetpolstücken der Objektivlinse, wie das auch bei der Beobachtung des Durchstrahlungsmikroskopbildes der Fall ist. Eine bekannte, derart kombinierte Mikroskopanordnung ist in der beiliegenden Fig. 1 dargestellt. Diese Anordnung besitzt ein Bestrahlungssystem 1 zum Bestrahlen einer Probe 4 mit einem Elektronenstrahl. Dieses System enthält eine Elektronenstrahlquelle zur Erzeugung des primären Elektronenstrahls entlang einer optischen Achse 2 und eine Kondensorlinse zum Konvergieren des Elektronenstrahls. Die Probe 4 befindet sich im wesentlichen in der Mitte eines Spaltes zwischen den Magnetpoistücken einer Objektivlinse 3. Der Elektronenstrahl zum Bestrahlen der Probe entlang der optischen Achse wird auf die Probenoberfläche mit Hilfe eines Magnetfeldes fokussiert, das in Richtung des primären Elektronenstrahls gesehen,vor der Probe erzeugt wird. Das Objektivlinsenmagnetfeld vor der Probe wirkt insofern als letzte Stufe einer Kondensor linse und dient gleichzeitig zusammen mit einer Ablenkspule 5 über dem oberen Magnetpolstück der Objektivlinse als Ablenkmittel derart, daß der Elektronenstrahl zweidimensional die Oberfläche der Probe abrastert. Ferner dient dieses vor der Probe aufgebaute Magnetfeld zur Fokussierung in Richtung zur optischen Achse hin von Sekundäre lektr onen 6, welche zunächst in allen Richtungen von der Probenoberfläche ausgesendet werden. Über der Objektivlinse ist eine Detektor einrichtung zur Erfassung der Sekundärelektronen angeordnet. Diese besitzt eine Lichtleitung 7 mit

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einem Szintillator, der am vorderen Ende,von der optischen Achse aus gesehen, an der Lichtleitung vorgesehen ist, sowie einen Photomultiplier8 am hinderen Ende der Lichtleitung, sow ie andere Bauteile. Der Szintillator am vorderen Ende der Lichtleitung 7 ist an seiner Vorderseite (von der optischen Achse aus gesehen) mit einer dünnen leitfähigen Schicht versehen. Diese leitfähige Schicht sowie eine Beschleunigungsringelektrode 9 um diese leitfähige Schicht herum besitzen ein Potential in der Größenordnung von +10 kV, welche von einer Gleichspannungsquelle 10 geliefert wird. Um den vorderen Teil der Lichtleitung ist eine geerdete Abschirmhülse 11 angeordnet. . " ■

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Anordnung besitzen die von der Probe 4 ausgesendeten Sekundärelektronen eine relativ geringe Energie, welche von einigen eV bis zu einigen 10 eV reicht. Diese Sekundäre lektronen werden daher bevorzugt in Richtung der optischen Achse 2 fokussiert und folgen einer spiralförmigen Bahn. Sobald die Sekundär elektronen das von den Magnetpolstücken der Objektivlinse vor der Probe gebildete Magnetfeld verlassen, haben sie das Bestreben,, von der optischen Achse 2 zu divergieren. Die Beschleunigungsringeiektrode 9 jedoch bildet ein elektrisches Feld oberhalb der Objektivlinse und beschleunigt die Sekundärelektronen in Richtung auf den Szintillator. Beim Auftreffen der Sekundärelektronen auf den Szintillator wird Licht erzeugt, das über die Lichtleitung 7 übertragen wird und vom Photomultiplier 8 in elektrische Signale umgewandelt wird. Da der primäre Elektronenstrahl, welcher auf die Probe fokussiert wird, eine relativ hohe Energie von normalerweise 20 keV oder höher aufweist, ist der Grad der Ablenkung des Elektronenstrahls durch die Beschleunigungsringeiektrode 9 vernachlässigbar klein.

Bevorzugterweise besitzt der primäre Elektronenstrahl, welcher die Probe bestrahlt, eine hohe Energie, so daß er mit erhöhter Durchstrahlungsleistung durch die Probe hindurchtritt. Bei der Erzeugung eines Rasterbildes mit Sekundärelektronen benötigt man jedoch keine derart hohe Ener-

gie. In manchen Fällen ist es sogar erwünscht, einen Elektronenstrahl mit geringer Energie zu verwenden, um eine Zerstörung der Probe durch den die Probe bestrahlenden Elektronenstrahl zu vermeiden. In derartigen Anwendungsfällen wird ein primärer Elektronenstrahl verwendet, der durch eine niedrige Spannung, beispielsweise durch einige kV, beschleunigt wird. Das Magnetfeld der Objektivlinse wird durch eine relativ geringe Erregung dabei erzeugt. Ein Elektronenstrahl mit einer derart geringen Energie ist jedoch der Gefahr ausgesetzt, daß er beeinträchtigt wird bzw. abgelenkt wird durch das elektrische Feld der Beschleunigungsringelektrode. 9. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Sekundäre lektr one n nicht ausreichend durch das relativ schwache Magnetfeld der Objektiv linse gesammelt werden. Man erhält dann kein hochqualitatives Rastermikroskopbild.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Erfassung der Sekundär elektronen in einem Rasterelektronenmikroskop zu schaffen, bei dem aus den Sekundäre lektr one η ein Signal mit ausreichender Intensität auch dann gewonnen wird, wenn die Probe mit einem Elektronenstrahl niedriger Energie bestrahlt wird und die Probe in einem schwachen Magnetfeld der Objektivlinse angeordnet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Bei der Erfindung befindet sich die Probe im Spalt zwischen den Magnetpolstücken der Objektivlinse des Rastere lektr one nmikroskops und die Sekundärelektronen, welche von der Probe ausgesendet werden, werden mit Hilfe eines Detektors erfaßt, der oberhalb der Elektronenlinse angeordnet ist. Entlang der optischen Achse der Objektivlinse ist bei der Erfindung zwischen der Objektivlinse und dem Detektor für die Sekundärelektronen eine rohrförmige Elektrode derart vorgesehen, daß der Primärelektronenstrahi, der zur Bestrahlung der Probe dient, durch den Detektor nicht beeinflußt wird. Außerdem befindet sich eine Gitterelektrode, die gegeiiiber der Pro-

be ein positives Potential aufweist, am Boden der rohrförmigen Elektrode, so daß im wesentlichen alle Sekundärelektronen, welche von der Probe ausgesendet werden, zum Detektor gezogen werden.

In vorteilhafter Weise wird bei der Erfindung erzielt, daß das elektrische Feld, welches zur Beschleunigung der von der Probe ausgesendeten Sekundärelektronen in Richtung auf den Detektor hin dient, den primären Elektronenstrahl, welcher die Probe bestrahlt, nicht ablenkt.

Bei der Erfindung wird der Elektronenstrahl, der zur Bestrahlung der Probe dient und eine geringe Energie aufweist, durch eine rohrförmige Elektrode hindurchgeschickt, die um die optische Achse angeordnet ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß der niederenergetische Elektronenstrahl durch das elektrische Feld, welches vom Szintillator und der Beschleunigungselektrode am Szintillator erzeugt wird, abgelenkt wird. Eine Gitterelektrode, befindet sich zwischen der rohrförmigen Elektrode und einer äußeren diese umgebenden rohrförmigen Elektrode, so daß die Sekundärelektronen, welche von der Probe ausgesendet werden, zunächst in Richtung zur Elektronenstrahlquelle gezogen werden durch das elektrische Feld, welches von der gegenüber der Probe auf positivem Potential gehaltenen Gitterelektrode erzeugt wird. Anschließend werden'die Sekundärelektronen durch das elektrische Feld, welches von der am Detektor vorgesehenen Beschleunigungselektrode erzeugt wird, zum Detektor hin beschleunigt.

Anhand der beiliegenden Figuren wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung zur Erfassung der Sekundärelektronen und

und 3 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen der Er-

findung.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind für gleichwirkende Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet wie bei der Vorrichtung der Fig. 1. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 besitzt außerdem eine dünne und elektrisch leitfähige rohrförmige Elektrode 12, welche verhindert, daß der primäre Elektronenstrahl, welcher mit nur geringer Energie zur Bestrahlung der Probe beschleunigt wird, abgelenkt wird. Diese rohrförmige Elektrode 12 ist geerdet und wird von einer äußeren rohrförmigen Elektrode 13 umgeben. Eine ringförmige Gitterelektrode 15 befindet sich zwischen der rohrförmigen Elektrode 12 und der äußeren rohrförmigen Elektrode 13 an einer unteren Stelle der Rohrelektrodenanordnung. Zur Befestigung dient ein Isolierring 18. Die Ausgangsklemme einer Gleichspannungsquelle 14 mit z. B. etwa 500 V ist mit der äußeren Elektrode 13 und der Gitterelektrode 15 verbunden. Die äußere rohrförmige Elektrode 13 besitzt eine Öffnung 13a, die gerichtet ist auf das vordere Ende des Detektors. Selbst wenn bei diesem Ausführungsbeispiel die Intensität des Objektivlinsenmagnetfeldes nicht ausreicht, um die Sekundärelektronen zu sammeln, werden die Sekundärelektronen durch das elektrische Beschleunigungsfeld, welches von der Gitterelektrode 15 erzeugt wird, nach oben gezogen in einen Bereich, wo sie in den Einflußbereich des elektrischen Beschleunigungsfeldes kommen, das von der Beschleunigungsringelektrode 9 erzeugt wird,und gelangen somit zum Szintillator. Der primäre Elektronenstrahl wird, selbst wenn er durch eine nur niedrige Spannung beschleunigt wird, durch das elektrische Beschleunigungsfeid, welches von der Beschleunigungsringelektrode 9 erzeugt wird, nicht abgelenkt, weil er von der ringförmigen Elektrode 12 umgeben wird. Der Strahlweg des primären Elektronenstrahls befindet sich innerhalb der rohrförmigen Elektrode 19 und innerhalb der Reichweite des elektrischen Beschleunigungsfeldes der Beschleunigungselektrode .

Demgemäß ist es mit der Erfindung möglich, Rasterbilder, welche aus 10139

Elektronenstrahlen, die mit geringen Spannungen beschleunigt sind, resultieren, zu. beobachten, ohne daß die beim Stand der Technik vorhandenen Nachteile in Kauf genommen werden müssen. Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf das in der Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern kann z. B. auch bei einer Ausführungsform der Fig. 3 mit den gleichen Vorteilen zur Anwendung kommen.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, dessen Aufbau sich gegenüber dem Aufbau der Fig. 2 unterscheidet. Eine rohrförmige Elektrode 16 und eine äußere rohrförmige Elektrode 17 sind, wie die abschirmende Hülse 11, für die Lichtleitung 7 geerdet. Eine ringförmige Gitterelektrode 20 erstreckt sich zwischen einem Isolierring 18 an der rohrförmigen Elektrode 16 am unteren Ende derselben, und einem isolierring 19 am unteren Ende der äußeren ringförmigen Elektrode 17. Die Gitterelektrode 20 befindet sich auf einem Potential in der Größenordnung von einigen hundert Volt, welche von einer Gleichspannungsquelle 14 geliefert werden. Die Gitterelektrode dient zum Sammeln der Sekundärelektronen, welche von der Probe ausgesendet werden, und wirkt in der gleichen Weise wie die Gitterelektrode des Ausführungsbeispiels der Fig. 2. Ferner ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 der Detektor seitlich in der äußeren rohrförmigen Elektrode 17 angeordnet und an dieser befestigt.

Leerseite

Claims

UEDL, 'Mf-H] ¹ZEItLER

Patentanwälte
Steinsdorfstr. 21-22 · D-8000 München 22 ■ Td. 089/229441 ■· Telex: 05/22208

KIHON DENSHI KABUSHIKI KAISHA 1418 Nakagamicho, Akishimashi, Tokyo, 196 Japan

Vorrichtung zur Erfassung der Sekundärelektronen in einem Rasterelektro-

nenmikroskop

Patentansprüche:

(IJ Vorrichtung zum Erfassen der Sekundärelektronen in einem Rasterelektronenmikroskop, bei dem ein primärer Elektronenstrahl einer Elektronenstrahlquelle auf eine Probe gerichtet wird, die im wesentlichen in der Mitte zwischen Magnetpolstticken einer Objektivlinse angeordnet ist und von der durch den primären Elektronenstrahl Sekundärelektronen ausgelöst werden, die von einem mit einer Beschleunigungselektrode versehenen Detektor, der außerhalb der Objektivlinse zwischen dieser und der Elektronenstrahlquelle angeordnet ist, erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine rohrförmige Elektrode (12; 16) um die optische Achse, längs der der primäre Elektronenstrahl verläuft, angeordnet ist, daß um diese rohr-

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förnüge Elektrode (12; 16) eine äußere rohrförmige Elektrode (13, 17) angeordnet ist und daß eine ringförmige Gitterelektrode (15, 20), welche gegenüber der Probe (4) ein positives Potential aufweist, !zwischen den der Probe (4) nächstiiegenden Enden der rohrförmigen Elektroden (12, 13; 16, 17) angeordnet ist und die Sekundärelektronen von der Probe (4) zum Detektor zieht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Elektrode (16) und die äußere rohrförmige Elektrode (17) geerdet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere rohrförmige Elektrode (13) das gleiche Potential aufweist wie die ringförmige Gitterelektrode (15).