DE3138927A1

DE3138927A1 - Imaging spectrometer for electron-beam metrology and an electron beam measurement apparatus

Info

Publication number: DE3138927A1
Application number: DE19813138927
Authority: DE
Inventors: Erich Dr.rer.nat. 8000 München Plies
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-09-30
Filing date: 1981-09-30
Publication date: 1983-04-14

Abstract

An electrostatic opposing field spectrometer is intended to take into account the spatial angle distribution of the secondary electrons and to have electron-optical imaging characteristics. An electrostatic opposing field spectrometer according to the invention images the sample (PR) stigmatically onto the detector (DT). An electrostatic opposing field spectrometer according to the invention permits a large acceptance spatial angle for the secondary electrons (SE). In an electrostatic opposing field spectrometer according to the invention, a modified electrostatic mirror analyser permits the secondary electrons (SE) to be extracted from the primary electron beam path. Two-tube lenses (ZK, ZB) further improve the imaging characteristics. <IMAGE>

Description

Abbildendes Spektrometer für die Elektronenstrahl-Imaging spectrometer for electron beam

Meßtechnik und Elektronenstrahl-Meßgerät Die Erfindung betrifft ein elektrostatisches Gegenfeld-Spektrometer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.Measurement technology and electron beam measuring device The invention relates to a electrostatic opposing field spectrometer according to the preamble of claim 1.

Für die quantitative Potentialmessung an Meßpunkten auf einer Probenoberfläche, z.B. an Leitbahnen und Knoten von integrierten mikroelektronischen Bauelementen, mit Hilfe eines Elektronenstrahl-Meßgerätes ist ein Sekundärelektronen-Spektrometer erforderlich.For quantitative potential measurement at measuring points on a sample surface, e.g. on interconnects and nodes of integrated microelectronic components, with the help of an electron beam measuring device is a secondary electron spectrometer necessary.

In einem Elektronenstrahl-Meßgerät werden die zu vermessenden Meßpunkte auf einer Probenoberfläche, z.B.The measuring points to be measured are in an electron beam measuring device on a sample surface, e.g.

Leitbahnen oder Knoten von integrierten mikroelektronischen Bauelementen, mit Primärelektronen von etwa 2,5 kV (bzw. 20 kV bei bedeckten Leitbahnen von integrierten mikroelektronischen Bauelementen) bestrahlt, wobei unter anderem Sekundärelektronen ausgelöst werden. Hat die zu vermessende Leitbahn des Potential #L, so wird das Spektrum (genauer die Energieverteilungsfunktion) der Sekundärelektronen um -e eL in Richtung positiver kinetischer Energie verschoben (mit e ist die positive Elementarladung bezeichnet.). In einem Sekundärelektronen-Spektrometer kann man diese Verschiebung des Spektrums der Sekundärelektronen und damit das Potential # #L der zu vermessenden Leitbahn ermitteln.Interconnects or nodes of integrated microelectronic components, with primary electrons of about 2.5 kV (or 20 kV with covered interconnects of integrated microelectronic components) irradiated, including secondary electrons to be triggered. If the interconnect to be measured has the potential #L, this will be Spectrum (more precisely the energy distribution function) of the secondary electrons around -e eL shifted in the direction of positive kinetic energy (where e is the positive elementary charge designated.). This shift can be seen in a secondary electron spectrometer of the spectrum of the secondary electrons and thus the potential # #L of the Determine the pathway.

Aus der Veröffentlichung von H.P. Feuerbaum, SEM/1979/ I, SEM Inc., AMF O'Hare IL 60 666, 285-296, ist ein Gegenfeld-Spektrometer mit einem ebenen Gegenfeld-Gitter bekannt. Dieses Gegenfeld-Spektrometer besitzt keine elektronenoptischen Abbildungseigenschaften. Die ausgelosten Sekundärelektronen haben eine Raumwinkelverteilung, die das bekannte Gegenfeld-Spektrometer nicht transmittieren kann, was einen Meßfehler von 5-10% bedingt.From the publication by H.P. Feuerbaum, SEM / 1979 / I, SEM Inc., AMF O'Hare IL 60 666, 285-296, is an opposing field spectrometer with a flat opposing field grating known. This opposing field spectrometer has no electron-optical imaging properties. The drawn Secondary electrons have a solid angle distribution, which the known opposing field spectrometer cannot transmit, resulting in a measurement error of 5-10% conditional.

Dieser Meßfehler ist hauptsächlich dadurch bedingt, daß ein schräg gegen das ebene Gegenfeld-Gitter anlaufendes Elektron dieses Gegenfeld-Gitter unter Umständen nicht mehr passieren kann, wenn ein senkrecht zu diesem Gegenfeld-Gitter startendes Elektron gleicher Energie dieses Gegenfeld-Gitter gerade noch-passiert.This measurement error is mainly due to the fact that an oblique Electron approaching the plane opposing field lattice underneath this opposing field lattice Circumstances can no longer happen if a grid perpendicular to this opposing field starting electron of the same energy just-passed this opposing field lattice.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrostatisches Gegenfeld-Spektrometer der eingangs genannten Art anzugeben, weiches die Raumwinkelverteilung der Sekundärelektronen berücksichtigt und elektronenoptische Abbildungseigenschaften aufweist.The present invention is based on the object of an electrostatic To indicate opposing field spectrometers of the type mentioned at the outset, soft the solid angle distribution of secondary electrons and electron-optical imaging properties having.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein elektrostatisches Gegenfeld-Spektrometer der eingangs genannten Art gelöst, welches die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.According to the invention, this object is achieved by an electrostatic opposing field spectrometer solved the type mentioned, which the characterizing features of claim 1 has.

Bei einem erfindungsgemäßen elektrostatischen Gegenfeld-Spektrometer gehen nach der Passage des Gegenfeldes keine Sekundärelektronen an den Wänden des Gegenfeld-Spektrometers mehr verloren. Ein erfindungsgemäßes elektrostatisches Gegenfeld-Spektrometer bildet im Sekundärelektronen-Strahlengang die Probe stigmatisch auf den Detektor ab, wobei die unter verschiedenen Winkeln auf der Probenoberfläche beginnenden Sekundärelektronen-Bahnen senkrecht zum Gegenfeld-Netz (Meßnetz) verlaufen, so daß sich insgesamt eine hohe Transmission der Sekundärelektronen ergibt.In an electrostatic opposing field spectrometer according to the invention no secondary electrons go on the walls of the after passing through the opposing field Opposite field spectrometer lost more. An electrostatic opposing field spectrometer according to the invention forms the sample stigmatically on the detector in the secondary electron beam path starting at different angles on the sample surface of the secondary electron orbits run perpendicular to the opposing field network (measuring network), so that overall a high Transmission of the secondary electrons results.

Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung dar- gestellt.Refinements and advantages of the invention are set out in the subclaims, the description and the drawing posed.

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes elektrostatisches Gegenfeld-Spektrometer.FIG. 1 shows an electrostatic opposing field spectrometer according to the invention.

Figur 2 zeigt die Wirkung des Absaugfeldes auf Sekundärelektronen-Bahnen verschiedener Anfangsneigung.FIG. 2 shows the effect of the suction field on secondary electron paths different initial inclination.

Figur 3 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Achse eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Spiegelanalysators CMA nach Figur 1.Figure 3 shows a section perpendicular to the axis of an inventive electrostatic mirror analyzer CMA according to Figure 1.

Figur 4 zeigt ein abgewickeltes Innenrohr eines erfindungsgemäßen elektrostatischen Spiegelanalysators CMA gemäß Figur 1.Figure 4 shows a developed inner tube of an inventive electrostatic mirror analyzer CMA according to Figure 1.

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes elektrostatisches Gegenfeld-Spektrometer. Das erfindungsgemäße elektrostatische Gegenfeld-Spektrometer nach Figur 1 bildet im Sekundärelektronen-Strahlengang des Sekundärelekronenbündels SE die Probe PR stigmatisch auf den Detektor DT ab, wobei die unter verschiedenen Winkeln auf der Probenoberfläche beginnenden Sekundärelektronen-Bahnen senkrecht zum Gegenfeld-Netz (Meßnetz) MN verlaufen, so daß sich insgesamt eine hohe Transmission ergibt.FIG. 1 shows an electrostatic opposing field spectrometer according to the invention. The electrostatic opposing field spectrometer according to the invention according to FIG. 1 forms the sample PR in the secondary electron beam path of the secondary electron bundle SE stigmatically on the detector DT, with the at different angles on the Secondary electron trajectories beginning on the sample surface perpendicular to the opposing field network (Measuring network) MN run, so that overall there is a high transmission.

Meßpunkte im nichtaktivierten Zustand auf der Probe PR befinden sich auf dem Potential # = O. Ein mit einem bezeichnetes Potential ist grundsätzlich als anodenbezogenes Potential angegeben. Die Kathode hat daher das Potential # = -UB, wobei UB das kathodenbezogene Beschleunigungspotential der Primärelektronen darstellt.There are measuring points in the non-activated state on the sample PR on the potential # = O. A potential designated with a is fundamental given as anode-related potential. The cathode therefore has the potential # = -UB, where UB is the cathode-related acceleration potential of the primary electrons represents.

Die Sekundärelektronen werden zunächst mit Hilfe eines Saugnetzes SN von der Probe PR abgesaugt. Als Potential = = U5 des Saugnetzes SN kann beispielsweise US = 500 V gewählt werden. Nach dem Absaugen der Sekundärelektronen durch das Saugnetz SN werden diese Sekundärelektronen anschließend mit einem elektrostatischen Spiegelanalysator CMA (cylindrical mirror analyzer) aus dem Strahlengang der Primärelektronen "yherausgeholt". In diesem elektrostatischen Spiegelanalysator CMA wird nur ein einziges Ringzonen-Segment von den Sekundärelektronen durchflogen, während bei bekannten elektrostatischen Spiegelanalysatoren (z.B. J.S. Risley, Rev. Sci. Instr.The secondary electrons are first of all with the help of a suction network SN sucked off the sample PR. As a potential = = U5 of the suction network SN, for example US = 500 V to get voted. After sucking off the secondary electrons These secondary electrons are then transferred to an electrostatic through the suction network SN Mirror analyzer CMA (cylindrical mirror analyzer) from the beam path of the primary electrons "y taken out". In this electrostatic mirror analyzer CMA only one single ring zone segment flown through by the secondary electrons, while with known electrostatic mirror analyzers (e.g. J.S. Risley, Rev. Sci. Instr.

43 (1972) 95) die gesamte Ringzone des Spiegelanalysators von den Sekundärelektronen durchflògen wird. Ein erfindungsgemäßer Spiegelanalysator CMA erfordert daher nicht den Aufbau des gesamten bekannten drehsymmetrischen Spiegelanalysators, sondern nur einen einzigen Sektor des Zylinderkondensators eines bekannten Spiegelanalysators. Dabei genügt in diesem einzelnen Sektor eines bekannten Spiegelanalysators, wie er für einen erfindungsgemäßen, modifizierten Spiegelanalysator CMA Verwendung findet, eine näherungsweise Erhaltung des drehsymmetrischen Feldes. Die Probe PR ist erfindungsgemäß so angeordnet, daß die virtuelle Sekundärelektronen-Quelle, die sich aufgrund des Absaugfeldes infolge des Saugnetzes SN für kleine Aperturen ergibt, auf der Achse des Spiegelanalysators CMA liegt.43 (1972) 95) removed the entire ring zone of the mirror analyzer from the Secondary electrons will fly through. A mirror analyzer CMA according to the invention therefore does not require the construction of the entire known rotationally symmetrical mirror analyzer, but only a single sector of the cylindrical capacitor of a known mirror analyzer. A known mirror analyzer such as is sufficient in this individual sector it is used for a modified mirror analyzer CMA according to the invention, an approximate preservation of the rotationally symmetrical field. The sample PR is according to the invention arranged so that the virtual secondary electron source, which is due to the Suction field as a result of the suction network SN for small apertures results on the axis of the mirror analyzer CMA.

Das hinter dem Spiegelanalysator CMA auf der Achse AC des Spiegelanalysators CMA entstehende Bild wird mit einer verzögernden Zweirohr-Kollimatorlinse ZK (z.B.The one behind the mirror analyzer CMA on the axis AC of the mirror analyzer CMA resulting image is captured with a retarding twin-tube collimator lens ZK (e.g.

U1 = 10 V) ins Unendliche abgebildet, so daß die Sekundärelektronen senkrecht zum Gegenfeld-Netz MN (UG - 0...-10 V) auffallen. Dies ermöglicht es erfindungsgemäß, den beim Stand der Technik beschriebenen Meßfehler zu vermeiden.U1 = 10 V) imaged to infinity, so that the secondary electrons perpendicular to the opposing field network MN (UG - 0 ... -10 V). According to the invention, this makes it possible to avoid the measurement errors described in the prior art.

Hinter dem Gegenfeld-Netz MN werden die durchgelassenen Sekundärelektronen durch ein in der Strahlregion homogenes Feld zwischen dem Gegenfeld-Netz MN und einem Vorbe- schleunigungsnetz VN soweit vorbeschleunigt, daß sie mit einer folgenden, relativ schwachen Zweirohr-Beschleunigungslinse ZB im bildseitigen feldfreien Raum fokussiert werden. Das letzte Rohr der Zweirohr-Beschleunigungslinse ZB ist mit einer Endplatte abgeschlossen, in deren Mitte ein Loch für den Detektor DT vorhanden ist. Der Detektor DT kann ein Durchsicht-Szintillator, ein Fotomultipleier usw. sein. Bei der Zweirohr-Beschleunigungslinse ZB werden als Spannungen beispielsweise U3 = 10 U2 = 8 kV gewäblt.The secondary electrons that have passed through are behind the opposing field network MN by a field which is homogeneous in the beam region between the opposing field network MN and a past acceleration network VN so far pre-accelerated that they with a following, relatively weak two-tube accelerating lens ZB in the image-side field-free space can be focused. The last tube of the twin-tube accelerating lens For example, it is closed with an end plate, in the middle of which there is a hole for the detector DT is present. The detector DT can be a see-through scintillator, a photomultiplier etc. be. In the case of the twin-tube accelerator lens ZB, the voltages U3 = 10 U2 = 8 kV weighed.

Zwangaläufig wird in einem erfindungsgemäßen Spiegelanalysator CMA auch das Primärelektronenbündel abgelenkt.Inevitably, in a mirror analyzer according to the invention, CMA the primary electron beam is also deflected.

Verfolgt man die Primärelektronen rückwärts von der Probe PR aus, so erhält man den Versatz # und den Ablenkwinkel # der Bündel-Achse PE der Primärelektronenstrahlen, unter dem die Primärelektronen den erfindungsgemäßen Spiegelanalysator CMA "verlassen". Mit einem zweietagigen Ablenksystem A1, A2 wird das Primärelektronenstrahlbündel wieder auf die optische Achse OA des Sondenobjektivs SO zurückgelenkt. Durch diese Ablenkung an den Ablenkelementen Al, A2 und die Ablenkung im erfindungsgemäßen Spiegelanalysator CMA besitzt die Primärelektronenstrahl-Sonde zwei- und dreizähligen axialen Astigmatismus und axiales Koma. Beide Astigmatismen können durch einen Stigmator ST mit zwei- und dreizähligem Stigmatorfeld korrigiert werden. Der Realteil des Koma (isotropes Koma) kann durch die Lage der Aperturblende AB korrigiert werden. Der Imaginärteil des Koma (anisotropes Koma) kann dadurch korrigiert werden, daß das Ablenkelement A2 teilweise oder ganz in das magnetische Feld des Sondenobjektivs SO geschoben ist, wobei gleichzeitig das Ablenkelement Al gegen das Ablenkelement A2 verdreht ist.If one follows the primary electrons backwards from the sample PR, this gives the offset # and the deflection angle # of the bundle axis PE of the primary electron beams, under which the primary electrons "leave" the mirror analyzer CMA according to the invention. With a two-tier deflection system A1, A2, the primary electron beam is again directed back onto the optical axis OA of the probe objective SO. Through this Deflection at the deflection elements A1, A2 and the deflection in the mirror analyzer according to the invention CMA has the primary electron beam probe two- and three-fold axial astigmatism and axial coma. Both astigmatisms can be controlled by a stigmator ST with two and threefold stigmator field can be corrected. The real part of the coma (isotropes Coma) can be corrected by the position of the aperture diaphragm AB. The imaginary part of the coma (anisotropic coma) can be corrected by removing the deflector A2 partially or completely pushed into the magnetic field of the probe lens SO is, at the same time the deflection element Al rotates against the deflection element A2 is.

Figur 2 zeigt die Wirkung das Absaugfeldes infolge des Saugnetzes SN auf Sekundärelektronen-Bahnen verschiedener Anfangsneigung. Die Probe PR ist so angeordnet, daß die virtuelle Sekundärelektronen-Quelle QS, die sich aufgrund des Absaugfeldes infolge des Saugnetzes SN für kleine Aperturen γO O ergibt, auf der Achse AC des erfindungsgemäßen Spiegelanalysators CMA liegt. Für die Brechung der Sekundärelektronen-Strahlen im homogenen Absaugfeld gilt folgende Gleichung: wobei γO und γ1 die in Figur 2 gezeichneten Winkel, US die Absaugspannung und eUO die Austrittsenergie der Sekundärelektronen aus der Probenoberfläche sind. Wenn mit lS die Länge der Absaugstrecke bezeichnet ist, so scheinen die Sekundärelektronenstrahlen aus der Entfernung 1S + 1R (gemessen vom Saugnetz SN) zu kommen: Für UO«Us, was bei einer erfindungsgemäßen Anordnung der Fall ist, und in paraxialer Näherung (αO«1) erhält man als Konvergenzverhältnis Man erhält beispielsweise für lS = 1 mm, UO = 10 V, US = 500 V ein Konvergenzverhältnis von α/α = 0,14 und 1R = 0,72 mm.FIG. 2 shows the effect of the suction field as a result of the suction network SN on secondary electron paths with different initial inclinations. The sample PR is arranged so that the virtual secondary electron source QS, which results from the suction field as a result of the suction network SN for small apertures γO O, lies on the axis AC of the mirror analyzer CMA according to the invention. The following equation applies to the refraction of the secondary electron beams in the homogeneous extraction field: where γO and γ1 are the angles shown in FIG. 2, US is the suction voltage and eUO is the exit energy of the secondary electrons from the sample surface. If lS denotes the length of the suction path, the secondary electron beams seem to come from the distance 1S + 1R (measured from the suction network SN): For UO «Us, which is the case with an arrangement according to the invention, and in a paraxial approximation (αO« 1), the convergence ratio is obtained For example, for IS = 1 mm, UO = 10 V, US = 500 V, a convergence ratio of α / α = 0.14 and 1R = 0.72 mm is obtained.

Ein erfindungsgemäßer Spiegelanalysator CMA besteht aus zwei koaxialen Kreisrohr-Elektroden, nämlich einem Innenrohr IR und einem Außenrohr AR. Damit die Potentialflächen auch noch an den Enden der Rohre IR, AR Zylinderflächen bleiben, sind potentialbelegte nguard rings" oder Isolatoren IS mit einer kleinen Leitfähigkeit infolge einer Widerstandsschicht WS zwischen den Elektroden IR, AR eingesetzt. Werden die Ein- und Austrittsöffnungen für die Sekundärelektronen beim erfindungsgemäßen Spiegelanalysator CMA mit. Gittern versehen, so daß kein Randfeld entsteht und wird außerdem das äußere Rohr AR auf das Potential Null gelegt, so erhält man eine Fokussierung zweiter Ordnung für einen Eintrittswinkel #= 42, 307° und R2/R1 = 3,7054, wobei 0 der Winkel zwischen der Achse AC des Spiegelanalysators CMA und der Achse des Sekundärelektronenbündels SE ist und wobei R1 der Radius des Innenrohres IR und R2 der Radius des Außenrohres AR sind. Werden die Ein- und Austrittsöffnungen des Spiegelanalysators CMA nicht mit Gittern versehen, so beulen die Potentialflächen durch diese Öffnungen nach außen aus und bewirken eine Defokussierung des Sekundärelektronenstrahlenbündels SE, was jedoch bei der Dimensionierung einer erfindungsgemäßen Anordnung berücksichtigt werden kann. Man erhält für das Innenrohr IR einen Radius R1 = 5 mm und für das Außenrohr AR einen Radius R2 = 18,5 mm.A mirror analyzer CMA according to the invention consists of two coaxial ones Circular tube electrodes, namely an inner tube IR and an outer tube AR. So that Potential surfaces also remain at the ends of the pipes IR, AR cylinder surfaces, are potential-assigned nguard rings "or IS insulators with a low conductivity used due to a resistance layer WS between the electrodes IR, AR. Will the inlet and outlet openings for the secondary electrons in the case of the invention Mirror analyzer CMA with. Provided grids so that no fringe field arises and will not be In addition, the outer tube AR is placed at zero potential, so that a focus is obtained second order for an entry angle # = 42, 307 ° and R2 / R1 = 3.7054, where 0 is the angle between the axis AC of the mirror analyzer CMA and the axis of the Secondary electron bundle SE and where R1 is the radius of the inner tube IR and R2 are the radius of the outer tube AR. Are the inlet and outlet openings of the If the mirror analyzer CMA is not provided with grids, the potential surfaces will bulge through these openings to the outside and cause a defocusing of the secondary electron beam SE, but this is taken into account when dimensioning an arrangement according to the invention can be. A radius R1 = 5 mm is obtained for the inner tube IR and for the Outer tube AR has a radius R2 = 18.5 mm.

Die in Figur 1 eingezeichnete Höhe H ist H#R2/sin #@ 28 mm, was ein Maß für die Höhe des erfindungsgemäßen Gegenfeld-Spektrometers ist.The height H drawn in FIG. 1 is H # R2 / sin # @ 28 mm, which is a Measure for the height of the opposing field spectrometer according to the invention.

Figur 3 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Achse des erfindungsgemäßen Spiegelanalysators CMA. Bei bekannten Spiegelanalysatoren wird die gesamte Ringzone von = 360° genutzt, während bei einer erfindungsgemäßen Anordnung nur ein Segment eines bekannten Spiegelanalysators von Sekundärelektronen durchflogen wird. Daher wird bei einer erfindungsgemäßen Anordnung auch nicht der gesamte zylindersymmetrische bekannte Spiegelanalysator benötigt, sondern z.B. etwa nur-wie in Figur 3 gezeigteine Hälfte eines bekannten Spiegelanalysators, wobei potentialbelegte Drahtelektroden DE in Achsenrichtung vorgesehen werden können, damit die Potentiallinien in der Sekundärelektronenstrahlregion in besserer Näherung Kreise sind. Diese Drahtelektroden DE sind Jedoch in einer Minimal ausführung der Erfindung nicht unbedingt notwendig. Es besteht auch die Möglichkeit, für eine Ringzonensegment-Fokussierung der Sekundärelektronen den gesamten Spiegelanalysator CMA zu bauen, wobei die ein- und ausfallenden Strahlen der Sekundärelektronen im zusätzlich zu der in Figur 3 gezeigten Anordnung vorhandenen Teil des Spiegelanalysators CMA durch strahlumschließende Rohre abgeschirmt werden. Figur 3 zeigt also ein halbiertes Innenrohr IR, ein halbiertes Außenrohr AR, einen Teil des Sekundärelektronenstrahlbündels SE, Drahtelektroden zur Randfeldbegrenzung DE und ein erstes Rohr ZK1 der Zweirohr-Kollimatorlinse ZK.Figure 3 shows a section perpendicular to the axis of the invention Mirror analyzer CMA. In known mirror analyzers, the entire ring zone of = 360 °, while in an arrangement according to the invention only one segment of a known mirror analyzer is flown through by secondary electrons. Therefore will in the case of an arrangement according to the invention not even the entire Cylindrical symmetrical known mirror analyzer is required, but e.g. just-how shown in Figure 3 a half of a known mirror analyzer, with potential-occupied Wire electrodes DE can be provided in the axial direction so that the potential lines are circles in the secondary electron beam region to a better approximation. These wire electrodes However, DE are not absolutely necessary in a minimal version of the invention. There is also the option of focusing the secondary electrons in a ring zone segment to build the entire mirror analyzer CMA, taking the incoming and outgoing beams of the secondary electrons present in addition to the arrangement shown in FIG Part of the mirror analyzer CMA must be shielded by radiation-enclosing tubes. FIG. 3 thus shows a halved inner pipe IR, a halved outer pipe AR, a Part of the secondary electron beam SE, wire electrodes to limit the edge field DE and a first tube ZK1 of the two-tube collimator lens ZK.

Figur 4 zeigt ein abgewickeltes Innenrohr IR eines erfindungsgemäßen Spiegelanalysators CMA. Das Innenrohr IR weist eine Eintrittsöffnung EO der Sekundärelektronen auf, welche gleichzeitig als Austrittsöffnung des Primärelektronenstrahls dient. Weiter besitzt das Innenrohr IR eine Austrittsöffnung AO der Sekundärelektronen. Eintrittsöffnung EO und Austrittsöffnung AO der Sekundärelektronen können jeweils mit einem Netz NR zur Randfeldbegrenzung versehen sein. Dieses Netz NR ist jedoch nicht unbedingt notwendig.FIG. 4 shows a developed inner tube IR of an inventive Mirror analyzer CMA. The inner tube IR has an inlet opening EO for the secondary electrons on, which also serves as the exit opening of the primary electron beam. The inner tube IR also has an exit opening AO for the secondary electrons. Entry opening EO and exit opening AO of the secondary electrons can each be provided with a network NR to delimit the edge field. This network is NR however not absolutely necessary.

Zwangsläufig wird im Spiegelanalysator CMA auch das sondenformende Primärelektronen-Bündel abgelenkt. Für den Ablenkwinkel # und den Versatz # der Bündel-Achse PE der Primärelektronenstrahlen erhält man: @ = = 3,2° = 5,6 . 10-2 rad, #= 1,6 mm für UB = 2,5 kV; = 0,43° = 7,4. 10-3 rad, @ = 0,2 mm für UB = 20 kV.Inevitably, the mirror analyzer CMA is also used for the probe-forming Primary electron bundle deflected. For the deflection angle # and the offset # of the The bundle axis PE of the primary electron beams is obtained: @ = = 3.2 ° = 5.6. 10-2 rad, # = 1.6 mm for UB = 2.5 kV; = 0.43 ° = 7.4. 10-3 rad, @ = 0.2 mm for UB = 20 kV.

Dabei wurden die weiter oben angegebenen Gleichungen mit einem Durchmesser des Innenrohres IR von R1 = 5 mm zugrundegelegt. Mit einem zweistufigen Ablenksystem A1, A2 vor dem Sondenobjektiv SO wird der Primärelektronenstrahl so abgelenkt, daß er mit dem Winkel # in den Spiegelanalysator CMA eintritt und senkrecht zur Probe PR landet.The equations given above were used with a diameter of the inner tube IR of R1 = 5 mm. With a two-stage deflection system A1, A2 in front of the probe objective SO, the primary electron beam is deflected so that it enters the mirror analyzer CMA with the angle # and is perpendicular to the sample PR lands.

Durch die Primärelektronenstrahlablenkung im Spiegelanalysator CMA und im zweistufigen Strahlablenksystem A1, A2 vor dem Sondenobjektiv SO wird die Primärelektronen-Sonde verzerrt, hauptsächlich durch den zweizähligen axialen Astigmatismus und weiter durch dreizähligen axialen Astigmatismus und axiales Koma. Da die Ablenkungen des Primärelektronenstrahles statisch sind, können beide Astigmatismen einfach durch einen Stigmator ST mit zwei-und dreizähligem Stigmatorfeld korrigiert werden. Das Koma setzt sich zusammen aus einem Teil, der direkt von den Ablenkfeldern der Ablenkelemente Al, A2 verursacht wird und einem Teil, der verursacht wird von der schiefen Durchstrahlung der Rundlinse im Sondenobjektiv SO, für die der Primärelektronenstrahl von einem außeraxialen Punkt zu kommen scheint. Wäre das Sondenobjektiv SO elektrostatisch, so wäre der Ablenkschnitt unverwunden und das Koma rein isotrop. Meistens ist das Sondenobjektiv SO aber magnetisch, und Ablenkschnitt vor der Linse des Sondenobjektivs SO und nach der Linse des Sondenobjektivs SO sind gegeneinander verdreht, weshalb das Koma zusätzlich einen anisotropen Anteil besitzt. Der isotrope Anteil des Koma (Realteil des Koma) hängt von der Blendenlage der Aperturblende AB ab und kann durch Verschieben der Aperturblende AB korrigiert werden. Wird mit zKA die Lage der Aperturblende AB, für welche das isotrope Koma der Rundlinse im Sondenobjetiv SO Null ist, bezeichnet, so muß die Aperturblende AB verschoben werden, damit das gesamte isotrope Koma, verursacht von allen Ablenkungen und der Rundlinse im Sondenobjektiv SO, verschwindet.Due to the primary electron beam deflection in the mirror analyzer CMA and in the two-stage beam deflection system A1, A2 in front of the probe objective SO, the Primary electron probe distorted, mainly due to twofold axial astigmatism and further through threefold axial astigmatism and axial coma. Because the distractions of the primary electron beam are static, both astigmatisms can simply by a stigmator ST with a double and triple stigmator field can be corrected. That Coma is made up of a part that comes directly from the deflection fields of the deflectors Al, A2 and a part that is caused by the oblique irradiation the round lens in the probe objective SO, for which the primary electron beam from a off-axis point seems to come. If the probe objective SO were electrostatic, so the deflection cut would be intact and the coma would be purely isotropic. Most of the time it is Probe objective SO but magnetic, and deflection cut in front of the probe objective lens SO and after the lens of the probe objective SO are mutually rotated, which is why the coma also has an anisotropic part. The isotropic part of the coma (Real part of the coma) depends on the diaphragm position of the aperture diaphragm AB and can pass through Shifting the aperture diaphragm AB can be corrected. With zKA the position of the aperture diaphragm AB, for which the isotropic coma of the round lens in the probe lens SO is zero, denotes, so the aperture diaphragm must be moved AB so that the entire isotropic coma, caused by all distractions and the round lens in the probe lens SO, go away.

Falls der verbleibende Imaginärteil des Koma (anisotropes Koma) noch stört, kann das Ablenkelement A2 teilweise oder ganz in das magnetische Rundlinsenfeld des Sondenobjektivs SO geschoben und gleichzeitig gegen das Ablenkelement Al verdreht werden, wodurch das anisotrope Koma korrigiert wird.If the remaining imaginary part of the coma (anisotropic coma) is still disturbs, the deflection element A2 can partially or completely in the magnetic round lens field of the probe objective SO pushed and at the same time rotated against the deflection element Al correcting the anisotropic coma.

Um mit dem Primärelektronenstrahl über die Probe PR rastern zu können, müssen die Eintrittsöffnung des Primärelektronenstrahls in den Spiegelanalysator CMA und die Austrittsöffnung EO des Primärelektronenstrahls (gleichzeitig Eintrittsöffnung des Sekundärelektronenstrahls) genügend groß sein. Um große Randfelder zu vermeiden, können Gitter NR in den Öffnungen EO, AO des-Innenrohrs IR vorgesehen werden. Ablenkelement A1 und/oder Ablenkelement A2 können zusätzlich für die dynamische Primärelektronenstrahlrasterung eingesetzt werden.In order to be able to scan over the sample PR with the primary electron beam, must be the entry opening of the primary electron beam into the mirror analyzer CMA and the exit opening EO of the primary electron beam (at the same time the entry opening of the secondary electron beam) must be sufficiently large. To avoid large marginal fields, grids NR can be provided in the openings EO, AO of the inner tube IR. Deflector A1 and / or deflection element A2 can also be used for dynamic primary electron beam scanning can be used.

Die in Figur 1 gezeigten Zweirohr-Linsen ZK, ZB können direkt mit den Tabellen von E. Harting et al, Electrostatic Lenses, Elsevier Sci. Publ. Co. (1976) dimensioniert werden. @1 und @2 in Figur 1 sind keine Brennweiten, sondern die Abstände der Brennpunkte der Zweirohr-Linsen ZK, ZB von der jeweiligen Linsenmitte. Die einzelnen Linsendaten sind: Beispiel für die Zweirohr-Kollimatorlinse ZK : Rohrdurchmesser D1 = 20 mm, Spaltbreite G1 = 2 mm, Potential des 1. Rohres ZK1: US = 500 V, Potential des 2. Rohres U1 = 10 Brennpunktlage @1 = 5 mm.The twin-tube lenses ZK, ZB shown in FIG. 1 can be used directly with the tables by E. Harting et al, Electrostatic Lenses, Elsevier Sci. Publ. Co. (1976). @ 1 and @ 2 in Figure 1 are not focal lengths, but the distances between the focal points of the twin-tube lenses ZK, ZB from the respective lens center. The individual lens data are: Example for the two-tube collimator lens ZK: tube diameter D1 = 20 mm, gap width G1 = 2 mm, potential of the 1st pipe ZK1: US = 500 V, potential of the 2nd tube U1 = 10 focal point position @ 1 = 5 mm.

Beispiel für die Zweirohr-Beschleunigungslinse ZB: Rohrdurchmesser D2 = 40 mm, Spaltbreite G2 = 20 mm, Potential des 1. Rohres U2 = 800 V, Potential des 2. Rohres U = 8 kV, Brennpunktslage # = 52, 4 mm.Example for the two-tube accelerating lens ZB: tube diameter D2 = 40 mm, gap width G2 = 20 mm, potential of the 1st pipe U2 = 800 V, potential of the 2nd pipe U = 8 kV, focus position # = 52.4 mm.

Der Spiegelanalysator CMA von Figur 1 weist noch Abschirmbleche AH auf. Die optische Achse der Rohrlinsen ist mit OR bezeichnet. Das Meßnetz MN ist über einen Isolator IS an den Zweirohr-Beschleunigungslinsen ZK, ZB befestigt.The mirror analyzer CMA from FIG. 1 also has shielding plates AH on. The optical axis of the tubular lenses is denoted by OR. The measuring network MN is Attached to the twin-tube acceleration lenses ZK, ZB via an insulator IS.

10 Patentansprüche 4 Figuren L e e r s e i t e10 claims 4 figures L e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Electrostatic opposing field spectrometer, It is indicated by a stigmatic image of the sample (PR) the detector (DT).

2. Electrostatic opposing field spectrometer according to claim 1, g e k E n n e i c h n e t through a large acceptance solid angle for the secondary electrons (SE).

3. Electrostatic opposing field spectrometer according to claim 1 or 2, Not marked by a modified electrostatic mirror analyzer for "scooping out" the secondary electrons (SE) from the primary electron beam path.

4. Electrostatic opposing field spectrometer according to claim 1 to 3, e k e k e n n n z e i c h n e t by an electrostatic twin-tube lens (ZK) for the parallel irradiation of the opposing field network (MN) with the secondary electrons (SE).

5. Electrostatic opposing field spectrometer according to claim 1 to 4, not shown by a pre-acceleration network (VN).

6. Electrostatic opposing field spectrometer according to claim 1 to 5, not shown by a twin-tube accelerating lens (ZB) for focusing of the secondary electrons (SE) on the detector (DT).

7. Electrostatic opposing field spectrometer according to claim 1 to 6, in that the modified mirror analyzer im essentially from a ring zone segment of a cylindrically symmetrical mirror analyzer consists.

8. Electrostatic opposing field spectrometer according to claim 1 to 7, as a result, that the inlet opening (EO) and the outlet opening (AO) of the inner tube (IR) of the modified mirror analyzer with nets (NR) for Edge field delimitation are provided.

9. Electron beam measuring device with an electrostatic opposing field spectrometer according to claims 1 to 8, g e -k e n n n z e i c h n e t by two deflection elements (A1, A2).

10. Electron beam measuring device with an electrostatic opposing field spectrometer according to claim 9, g e k e n n -z e i c h n e t by a stigmator (ST).

11. Electron beam measuring device with an electrostatic opposing field spectrometer according to claim 9 or 10, characterized in that the position of the Aperture diaphragm (AB) of the probe objective (SO) opposite the position for which the isotropic coma of the probe lens (SO) is zero, is shifted.