DE2005682B2

DE2005682B2 - Vorrichtung zum Absaugen der Sekundarelektronen ter elektronenmikroskop oder einem Elektronenstrahl Mikroanalysator

Info

Publication number: DE2005682B2
Application number: DE2005682A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl.-Phys. 6741 Minderslachen Gullasch; Ulrich Dr.Rer.Nat. 7500 Karlsruhe Weber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-02-07
Filing date: 1970-02-07
Publication date: 1973-10-18
Also published as: DE2005682C3; GB1284708A; CH524140A; DE2005682A1; US3736422A; FR2078240A5

Description

^bar37^StVorrichtung nach einem ^r Ansprüche^l bis 36, dadurch gekennze.cr.net, daß auf die Probenoberfläche eine die Sekundarelektronen-Emission fördernde Substanz aufgeblacht .st.

¹S Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Absaugen der von einer Probenoberfläche ausgehenden Sekundärelektronen in einem Rasterelektronenmikroskop oder einem Elektronenstrahl-Mikroanalysator mit Abrasterung der Probenoberfläche durch ein *° primäres Elektronenstrahlenbündel und mit einem einen an der Probe abgenommenen Piobcnstrom mi! der Rasteibewegung des primären Elektronenstrahlenbündels korrelierenden Auswertegerät.

Mit Hilfe der Elektronen-Rastermikroskopie läßt sich eine Analyse der äußeren Gestalt und der Topographie einer Probenoberfläche, mit Hilfe der Elektronenstrahl-Röntgenmikroanalyse (genannt ESMA) eine Elementaranalyse von Objektstrukturen mit nur wenigen Mikrometern Ausdehnung durchführen. Bei der Elektronen-Rastermikroskopie werden vorwiegend die bei der Wechselwirkung zwischen einem hochenergetischen primären Elektronenstrahl (5 bis 40 keV) und einer Probe auftretenden niederenergetischen Sekundärelektronen (maximal etwa 50 eV) als Meßsignale verwendet; bei der ESMA werden dagegen fast all· physikalischen Vorgänge als Informationsmöglichkeiten für die Analyse in Betracht gezogen.

liin im elektronenoptischen System des Strahlerzeugeis eingebautes magnetisches Ablenksystem ermöglicht neben der Punktanalyse durch zellenförmige Ablenkung des primären Elektronenstrahls über die Probenoberfläche und synchron dazu gesteuerte Auswertegeräte (Registriergeräte [Schreiber], Ausgabegerate [Zeichner], Bildaufzeichnungsgeräte [Bildröhren]) die Messung und Darstellung des Intensitätsverlaufs der Meßsignalc entlang von Linien oder über einen Bereich der Probenoberfläche.

Bei der Wechselwirkung zwischen einfallendem primären Elektronenstrahl und Probe entstehen vorwiegend Röntgenstrahlen. Rückstrcuelektronen und Sekundärelektronen.

Fur die Röntgenanalyse ergibt ;.ich eine Punktauflösung von der Größenordnung 1 μ bei massiven Proben. Bei dünnen, für die primären Elektronen transparenten Präparaten läßt sich eine wesentlich kleinere Punktauflösung erreichen. Die Rückstreuelektronen dagegen, die noch einen Großteil der Primärenergie mit sich führen, ergeben in den günstigsten Fällen ei-

ner Probe mit hoher Ordnungszahl eine Punklauflösung bis hinab zu 0,2 μ. Nur die Sekundärelektronen haben wegen ihrer sehr kleinen Energien eine sehr kleine Reichweite in der Probe und daher einen Diffusionsbereich, der erst bei einem Durchmesser des pri-

mären Elektronenstrahls unterhalb einiger 10 ιτιμ die Auflösung beeinträchtigt. Sie werden deshalb bei der Elektronen-Rastermikroskopie bei Durchmessern des Primärstrahls von nur 10 ΐτψ zum Abbilden der

Oberflächengestalt der Proben verwendet und ermöglichen dort eine Punktauflösung von 15 bis 20 ΐημ. Die Punktauflösung bei der Analyse einer Probenoberfläche mit Hilfe der Sekundärelektronen statt mit Rückstreuelektronen ist also um eine Größenordnung besser.

Es ist in der ESMA bekannt, auch den sogenannten Probenstrom / einer rasterförmig vom primären Elektronenstrahl abgetasteten Probe zu messen, in einem Probenstrom-Verstärker zu verstärken und zur Bilddarstellung heranzuziehen. Rechnerisch ergibt sich der jeweils gemessene Probenstrom I_p aus dem Strom /„ der primären Elektronen durch Subtraktion des Stroms I_r der rückgestreuten Elektronen sowie des Stroms I_sc der an der Probenoberfläche ausgelöster! Sekundärelektronen·

Im allgemeinen ist der Beitrag der Sekundärelektronen im Probenstrom I_p vernachlässigbar, da die Sekundärelektronen in der Nähe des Auftreffpunkts des primären Elektronenstrahls eine Raumladung erzeugen, so daß nur ein geringer Bruchteil der erzeugten Sekundärelektronen aus der Probenoberfläche austreten kann. Man mißt also als Probenstrom I_p im wesentlichen die Differenz zwischen dem Strom I₀ der primären Elektronen und dem Strom l_r der Rückstreuelektronen, wobei der Strom /„ der primären Elektronen durch den Strahlerzeuger konstant gehalten wird. Die Auflösung im Probenstrombild wird also in erster Linie von den Rückstreuelektronen bestimmt. Im Probenstrombild erhält man daher bei nichtdurchstrahlbaren, massiven Proben selbst bei Verkleinerung des Durchmessers des primären Elektronenstrahls nur eine Auflösung von einigen 0,1 μ. Dieser Wert entspricht dem Durchmesser des Diffusionsbereichs der (schnellen) Primär- bzw. Rückstreuelektronen. Der detaillierte Kontrast und die gute Auflösung, die in der Elektronenraster-Mikroskopie unter Heranziehung der Sekundärelektronen zur Bilddarstellung erzielt werden, konnten bisher in Probenstrombildern aus den erwähnten physikalischen Giünden nicht erreicht werden.

Es ist ferner bekannt, daß die Emission der Sckundärelektronen durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Probe weitgehend verändert werden kann.

Es war in der Elckironen-Rastermikroskopie bisher üblich, die Sekundärelektroncn durch einen Sekundärclcktionen-Detektor von anderen Elektronen - wenigstens teilweise abzutrennen und nachzuweisen. Der Sekundärclektronen-Detektor ist ein recht aufwendiges Naehweisgerät. Er umfaßt im wesentlichen ein elektroncnoptischcs System, einen Szintillationskristall, einen Photomultiplier. ein Hochspannungsversorgungsgerät und einen nachgeschaltetcn Verstärker.

Es ist bei Elektronenrastcr-Mikroskopen weiterhin bekannt, mit Hilfe von entsprechend vorgespannten Elektroden die aus der Probe austretenden Sekundärelektronen abzusaugen und einem Detektor zuzuführen. Auch ist es bekannt, an eine Absaugelektrode bei einem Rasterelektronenmikroskop einen Strommesser anzulegen. Die dazu dienende Elektrode ist jedoch von ihrer Umgebung isoliert und muß sich deshalb mit der Zeit negativ aufladen, so daß dann nur noch Sekundärelektroncn mit einer bestimmten Austrittsenergic die Elektrode erreichen können. Auf diese Weise kann ein erheblicher Anteil der ausgelösten Sekundärelektronen nicht erfaßt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Elektronenraster-Mikroskopie und die Elektronenstrahl-Mikroanalyse eine Vorrichtung zu schaffen, die einfacher aufgebaut, einfacher zu handhaben und preisgünstiger ist als ein Sekundärelektronen-Detektor, und die im Gegensatz zum Sekundärelektronen-Detektor sämtliche die Probe verlassenden Sekundärelektronen zur Bilderzeugung heranzieht.

Diese Aufgabe wird mit Hilfe einer Vorrichtung zum Absaugen der von einer Probenoberfläche ausgehenden Sekundärelektronen in einem Rasterelektronenmikroskop oder einem Elektronenstrahl-Mikroanalysator mit Abrasterung der Probenoberfläche durch ein primäres Elektronenstrahlenbündel und mit einem einen an der Probe abgenommenen Probenstrom mit der Rasterbewegung des primären Eleklronenstrahlenbündels korrelierenden Auswertegerät gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Vorrichtung während der Abnahme des Probenstroms ein elektrisches Feld an der Probenoberfläche erzeugt, das den Aufbau einer Elektronen-Raumladung vor der Probenoberfläche weitgehend oder völlig verhindert. Sämtliche oder zumindest ein erheblicher Anteil der vom primären Elektronenstrahl und auch von den Rückstreuelektronen ausgelösten Sekundärelektroncn werden vom elektrischen Feld abgesaugt und können die Probenoberfläche verlassen. In Gleichung

(1) kann daher der Strom I_x der Sekundärelektronen keinesfalls mehr vernachlässigt werden. Der Sekundärelektronenstrom I_sc ist jetzt betragsmäßig vergleichbar mit dem Strom /„ der primären Elektronen, unter gewissen Umständen sogar beträchtlich größer.

Die Stromstärke I_r der an der Probe zurückgestreuten Elektronen beträgt dagegen im allgemeinen nur einen Bruchteil der Stromstärke I_n der primären Elektronen (/, 'I₁. = 0,1 bis 0,4). Bei einheitlich aufgebauter Probe bleibt I_r während des gesamten Abrastcrvorgangs annähernd konstant. Der gemessene Probenstrom I_n enthält daher nach Gleichung (1) außer einem von der Anzahl der primären und rückgestreuten Elektronen bestimmten Gleichstromanteil im wesentlichen das Signal, das der Strom /_λ<. der Sekundärelektronen trägt damit die Information über die Oberflächenstruktur der Probe.

Wird in einem Elektronenraster-Mikroskop oder in einem Elektronenstrahl-Mikroanalysator der unter Brücksichtigung der beschriebenen Maßnahmen an der Probe abgenommene Probenstrom l_p in einem Auswertegerät zur Bilddarstellung verwendet, so lassen sich die Oberflächenstrukturen der Probe mil ähnlicher bzw. gleicher Auflösung und gleichem Kontrast abbilden wie durch die bisher übliche Anwen dung von Sekundärelektronen-Detektoren in kon ventioncllen Elektronenraster-Mikroskopen. Ohm eine Einrichtung, welche die Sekundärelektronen vor der Probenoberfläche absaugt, läßt sich bei der bishe üblichen Anwendung von Probenstromsignal-Ver

6c stärkern in Elektronenstrahl-Mikroanalysatoren mi eine wesentlich schlechtere Auflösung und ein wc sentlich geringerer Bildkontrast erreichen.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann zur Dn !crsiui/ungdcr Abführung der ausgelösten Sekundär elektronen dafür Sorge gelragen werden, daß zusatz lieh eine Einrichtung zur Erzeugung eines magncti seilen Feldes an der Probenoberfläche vorgesehen isi Hs ist zweckmäßig, das Magnetfeld schwach und zeit

lieh konstant zu halten und parallel zur Probenoberfläche anzulegen.

Z_ur Abnahme des Probenstroms I_p ist an der Probe ein elektrischer Kontakt angebracht. In einer Ausbildung der Erfindung wird der Probenstrom selbst oder eine ihm proportionale Spannung über einen Verstarker dem Auswertegerät zugeführt.

In Gleichung (1) tritt der Sekundärelektronenstrom / mit negativem Vorzeichen auf. Das im Auswertegerät von der Oberfläche der Probe dargestellte Bild kann daher ein Negativ sein. Um dieses zu vermeiden, ist nach einer Ausbildung der Erfindung zur Darstellung eines Bildpositivs die dem Probenstrom I_p proportionale Spannung dem Eingang des Verstärkers oder direkt dem Eingang des Auswertegerats unter Polaritätsumkehr zugeführt.

Zur Erzeugung des elektrischen Feldes an der rrobenoberfläche ist nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung an ein oder mehrere elektrisch leitende, sich im Raum vor der Probenoberfläche befindliche Bauteile des Elektronenraster-Mikroskops oder des Elektronenstrahl-Mikroanalysators ein gegenüber der Probe positives, den primären Elektronenstrahl jedoch nicht oder nur geringfügig beeinflussendes Potential gelegt. Dieses Bauteil kann ein der Probe zugewandter Linsenpolschuh der Feinstrahllinse und/oder eine Probenkammerwand sein. Derselbe Zweck kann nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß die Bauteile (z. B. Linsenpolschuh, Probenkammerwand) auf Masse gelegt sind, und daß der an der Probe angebrachte Kontakt mit einer gegenüber den Bauteilen auf negativem Potential liegenden Eingangsklemme des Auswertegerats oder des Verstärkers verbunden ist.

Das elektrische Feld an der Probenoberflache kann aber auch auf eine andere Weise erzeugt werden. Dazu isi in einer Weiterbildung der Erfindung die ein elektrisches Feld erzeugende Einrichtung aus zwei Elektroden aufgebaut, wobei die erste Elektrode mit dem Minuspol und die zweite Elektrode mit dem Pluspol einer regelbar einstellbaren Spannungsquelle derart verbunden ist, daß ein sich an der Probenoberflache befindliches Elektron einer von der Probenoberflache fortzeigenden Kraflkomponente ausgesetzt ist. Die erste Elektrode kann als Metallplatte, Metallsieb oder als Probenträger ausgebildet sein. Es ist auch zweckmäßig, daß die Probe selbst die erste Elektrode ist, oder daß die Probe ieilweise mit einer elektrisch leitenden, die erste Elektrode bildenden Schicht überzogen ist. Im letzteren Fall sollte der an der Probe b™. Schicht angebrachte elektrische Kontakt zur Abnahme des Probenstroms /, über einen Arbeitswiderstand mit dem Minuspol der Spannungsquelle verbun-

den sein. , . . . .·

Die zweite Elektrode kann eine Schneide sein, die in einer Ebene senkrecht zur Richtung des primären Elektronenstrahls angeordnet ist. Sie kann aber auch eine mit einer Bohrung zum Durchtritt des pnmaren Elektronenstrahls versehene elektrisch leitende Platte sein, wobei der Durchmesser der Bohrung gerade so bemessen ist, daß der durchtretende primäre Elektronenstrahl von dem angelegten positiven Potential nicht merklich beeinflußt ist. Sie kann dann als ringförmige Scheibe ausgebildet sein, die konzentrisch zur Richtung des primären Elektronenstrahls angeordnet ist. Für bestimmte Zwecke ist es zweckmäßig, die zweite Klcktrode auch als Spitze auszubilden. Der Eintrittswinkcl der elektrischen Feldlinien tn die Probenoberfläche ist für den Bildkontrast mitverantwortlich. Eine Veränderung des Eintrittswinkels bewirkt daher eine Änderung des Bildkontrasts. Aus diesem Grund ist in einer weiteren Ausbildung der Erfindung die zweite Elektrode in einer Ebene senkrecht zum primären Elektronenstrahl oder in einer Ebene parallel zur Oberfläche der Probe verschiebbar.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Bildkontrastes im Raum vor der Probe eine dritte Elektrode angeordnet und auf ein gegenüber der zweiten Elektrode negatives Potential gelegt ist, und daß das Potential der dritten Elektrode unabhängig von dem gegenüber der Probenoberfläche positivem Potential der zweiten Elektrode an einer weiteren Spannungsquelle einstellbar ist. Auch in diesem Fall ist es zweckmäßig, daß die dritte Elektrode in einer Ebene senkrecht zur Richtung des primären Elektronenstrahls verschiebbar oder daß sie um eine Achse parallel zum primären Elektronenstrahl drehbar ist. Die dritte Elektrode kann auch so angeordnet sein, daß sie bei Kippung, Verschiebung und Drehung der Probe ihre Lage relativ zur Probenoberfläche nicht ändert. Für viele Analysenprobleme genügt es, wenn das an der Probenoberfläche wirksame elektrische sowie das gegebenenfalls zusätzlich vorhandene magnetische Feld zeitlich konstant ist. Wird eines dieser Felder periodisch verändert, so läßt sich eine weitere Steigerung der Auflösung und des Bildkontrastes erreichen, weil zur Bilddarstellung im Auswertegerät ausschließlich das Signal der Sekundärelektronen Verwendung findet, während Signalanteile, die von Rückstreuelektronen bzw. von primären Elektronen herrühren, vollständig zurückgehalten werden. Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, daß die an der Probenoberfläche ein elektrisches oder ein zusätzliches magnetisches Feld erzeugende Einrichtung zur periodischen Schwächung oder Unterbrechung des an der Probenoberfläche ausgelösten Sekundärelektronenstroms I_p von einem Funktionsgenerator ansteuerbar ist. Der Funktionsgenerator kann ein Rechteck- oder ein Sinusgenerator

sein.

Die physikalische Erklärung findet sich darin, daß im Probenstrom gemäß Gleichung (1) nur der Teil, der von den die Probe verlassenden Sekundärelektronen herrührt, aus Elektronen sehr geringer kinetischer Energie besteht. Diese Elektronen werden daher beispielsweise durch Anlegen eines periodischen elektrischen Potentials an die Probe abwechselnd am Verlassen der Probe gehindert oder zum Austreten veranlaßt. Die Modulation beeinflußt ausschließlich die Sekundärclektronen und nicht die hochenergetisehen Primär- und Rückstreuelektronen.

Diese Ausbildung der Erfindung weist also einen sogenannten »Chopper« auf, durch den die Sekundärelektionen periodisch am Austreten aus der Probe gehindert werden. Der Chopper kann z. B. dadurch realisiert werden, daß zwischen der Probe einerseits und den der Probe zugewandten Teil des Linsenpolschuhs bzw. den Probenkammerwänder, andererseits eine genügend hohe elektrische Wechselspannung gelegt wird. Weiterhin sollen durch den Verstärker nur diejenigen Probenstromkomponenten verstärkt werden, die periodisch mit der Chopper-Frequenz variieren. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist also dem Verstärker ein schmalbandiges, auf die Frequenz

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des Funktionsgenerators abgestimmtes Bandpaßfilter Stromstärke I_n nach Durchtritt durch einen Linsenvorgeschaltet. Noch zweckmäßiger ist es, daß nur die polschuh L rasterförmig über eine Probe P gelenkt. Probenstromkomponenten, die mit der Chopper-Fre- Probe P und Linsenpolschuh L sind von einer Proquenz phasenrichtig variieren, zum Auswertegerät benkammerwand W umgeben. Die durch den primägelangen. Daher ist nach einer Weiterbildung der Er- 5 ren Elektronenstrahl E in der Probe P erzeugten Sefindung der Verstärker durch einen phasenempfindli- kundärelektronen werden durch ein elektrisches Feld chen Gleichrichter mit Vorverstärker, der eingangs- abgesaugt. Dazu ist der Minuspol einer Spannungsseitig zur Abtrennung einer Gleichstromkomponente quelle Ql über einen Arbeitswiderstand R mit einem kapazitiv oder induktiv an den Probenkontakt ange- an der Probe P angebrachten elektrischen Kontakt K koppelt sein kann, ersetzt worden. Zweckmäßiger- ^lo verbunden. Die Probe P bildet selbst die erste Elekweise ist der phasenempfindliche Gleichrichter auf die trode £1 eines Korvionsators. Die zweite Elektrode Frequenz des Funktionsgenerators abgestimmt. Zur £2, eine mit einer Bohrung B zum Durchtritt des pri-Einstellung der Amplitude sollte er ein Phasensteil- mären Elektronenstrahls £ versehene Scheibe, ist mit glied besitzen. dem Pluspol der Spannungsquelle Ql verbunden.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Er- 15 Probenkammerwand W und Minuspol der Spanfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß beide Aus- nungsquelle Ql sind an Masse gelegt, gangsklemmen des Funktionsgenerators über eine Se- Die von der ersten Elektrode FA über den Konrienschaltung von zwei Widerständen miteinander takt K und über den Arbeitswiderstand R an Masse verbunden sind, und daß der zweite Ausgang mit der abfließenden Elektronen erzeugen am Arbeitswiderzweiten Elektrode und der erste Ausgang mit der er- 20 stand R eine Spannung U, die dem Probenslrom I_p sten Elektrode, und daß ein Abgriff zwischen den bei- proportional ist. Die Spannung U wird einem Verden Widerständen an Masse geführt ist. stärker V zugeführt. Die am Ausgang des Verstär-

Der Sekundärelektronenstrom /„ kann nach einer kers V auftretende Spannung 5 wird an den Eingang Weiterbildung der Erfindung dadurch moduliert wer- eines mit der Raslcrbewegung synchron angesteuerden, daß der Funktionsgenerator an ein ein schwaches 25 ten Auswertegeräts A zugeführt. Das Auswertegemagnetisches Wechselfeld parallel zur Probenober- rät A kann ein Registrier-, Ausgabe- oder Bildauffläche erzeugendes Spulenpaar angeschlossen ist. Zeichnungsgerät sein.

Ein Kippen der Probe zum Zwecke der Verände- In Fig. 2 ist der Pluspol der Spannungsquelle Ql rung oder Verstärkung des Kontrastes ist nicht in je- nicht an eine zu diesem besonderen Zweck in den dem Fall erforderlich. Dieser Zweck kann auf ande- 30 Raum vor der Probenoberfläche gebrachte zweite rem Wege, z. B. mittels der bereits beschriebenen Elektrode £2, sondern an die Probenkammer-Bewegung der Elektroden, erreicht werden. Ein Kip- wand W, an den Linsenpolschuh L und an Masse gepen der Probe erscheint jedoch dann sinnvoll, wenn legt. Der Minuspol der Spannungsquelle Ql ist über die Probe gleichzeitig mit einem anderen Nachweissy- den Arbeitswiderstand R mit der Probe P verbunden, stern, z. B. einem Röntgenstrahl-Detektor, untersucht 35 Die Verstärkung der Spannung U erfolgt wie in werden soll, oder wenn bestimmte Probenbereiche Fig. 1, jedoch darf keine der Verstärkereingangssichtbar gemacht werden sollen. Eine weitere Ausbil- klemmen an Masse liegen. Die Probe P ist um eine dung der Erfindung sieht daher vor, daß die Probe Achse senkrecht zur Richtung des primären Elektroum eine Achse senkrecht zur Richtung des primären nenstrahls E in Richtung auf ein weiteres Nachweis-Elektronenstrahls in Richtung auf ein weiteres Nach- 40 system, das sich im Raum vor der Probe P befinden weissystem um definierte Winkel kippbar ist. Weiter- kann, um definierte Winkel α kippbar. hin ist es sinnvoll, daß die Probe um eine Achse senk- F i g. 3 zeigt, daß zur Kontrastveränderung in dem recht zur Probenoberfläche drehbar ist. Raum vor der Probe P zusätzlich eine Elektrode £3

Schließlich kann die Probe mit einer dünnen Schicht untergebracht ist. Die Elektrode £2 ist eine Schneide

einer Substanz bedampft sein, aus der pro einfallendes 45 und über eine Stange in einer Ebene senkrecht zum

Primärelektron eine große Anzahl von Sekundärelek- primären Elektronenstrahl £ bewegbar (durch der

tronen abgelöst wird. Diese Schicht dient also der Un- Doppelpfeil angedeutet), die dritte Elektrode £3

terstützung der Emission von Sekundärelektronen. ebenfalls eine Schneide, kann dagegen örtlich festste-

Eine weitere Ausbildung der Erfindung zeichnet sich hen oder mit der zweiten Elektrode E2 mitgefühn

also dadurch aus. daß auf die Probenoberfläche eine 5° werden. Eine weitere Spannungsquelle Q2 legt die

die Sekundärelektronen-Emission fördernde Sub- dritte Elektrode £3 auf ein gegenüber der zweiter

stanz aufgebracht ist. Elektrode £2 negatives Potential. Dazu ist der Pluspo

Elektrische und mechanische Ausführungsbeispiele der Spannungsquelle QZ mit dem Minuspol der Span

sind in 4 Figuren dargestellt und werden im folgenden nungsquelle Ql, der Minuspol von Q2 dagegen mi

näher beschrieben. Die einander in den Figuren ent- 55 der dritten Elektrode £3 verbunden. Die elektrisch«

sprechenden Größen und Bauteile sind mit denselben Anordnung d»r Spannungsquelle Ql und des Nach

Bezugszeichen versehen. Es zeigt weissystems entspricht der in Fig. 1 gezeigten Vor Fig. 1 die Erzeugung eines elektrischen Feldes an richtung.

der Probenoberfläche und die Messung des Proben- In Fig. 4 wird das an der Probenoberfläche angrei

Stroms, 60 fende elektrische Feld von einem Funktionsgenera Fig. 2 eine Vorrichtung wie in Fig. 1, jedoch wird tor F periodisch variiert. Dazu sind die beiden Aus

hier die zweite Elektrode durch den Linsenpolschuh gangsklemmen At und Al des Funktionsger era

und die Probenkammerwand gebildet, tors F über einen Spannungsteiler, der durch di<

Fig. 3 eine Vorrichtung nach Fig. 1 mit zusätzli- Serienschaltung von zwei Widerständen Rl und RJ

eher Anordnung einer dritten Elektrode, 63 gebildet wird, miteinander verbunden. Die zweit«

Fig. 4 eine Vorrichtung mit periodisch variieren- Ausgangsklemme AZ ist an die aus Fig. 1 bekannt«

dem elektrischen Feld. zweite Elektrode £2, die erste Ausgangsklemme A

InFig. 1 wird ein primärer Elektronenstrahl £der an eine Elektrode £1 angeschlossen. Die mit den

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LinsenpoisLiuiii l, & β _Prr,_hp ρ erzeueten Se- därc ektronen-Detektor;

Die an der ^Oberflach?_p^^{r P}™£^e Jas elektrische die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann wegen

kundärelektronen werden durch d^ e^ektmc Glichen Ausdehnung in eine gün-

Wechselfeld V™°*£^™£™ Der über d'en stige Entfernung zur Probe gebracht werden

h.ndert oder von der Prob ^a°f^£· £_rom j _enl. ein Kippen der Probe zur Steigerung der Nachwe.s-

Arbe.tswiderstand Λ fließende P ob^nsuomy empfindlichkeit ist im Gegensatz zur Anwendung e.-

^Z^:^^F^^^^ro2^ nes Sekundärelektronen-Detektors nicht in Jedem

Verlagert sein⁸ kann, ^g^*™*™*^ " ^^53^n ohne Verlust an Auflösung, z.B.

f^ ^a ¹Z^iZ tr ^irSSÄTc d^ger in Richtung auf ein vorhandenes dispersive* Rönt-

iic.e.tc ...tormaa„.i .i- . ... gen-Halbleilerspektrometer, gekippt weraen, r>o uau

^PrODfe am Arbeitswiderstand Jl abgegriffene Span- gleichzeitig optimale Bilder verschiedener Informa-

-^ngnnS£r^S^Sutⁿ^ⁿde; ^a° ¹^Ξ=₅Η^^Ξο™_3ΐιοη_&η_ϋεΓΡΓο-

ter mit Vorversta ker PO ^ζ"^ηιη benoberflache ist nahezu unabhängig von magneti-

Gleichspannungsante.I durch einen vorges Störfeldern, da die Sekundärelektronen keine

L^On1:rRC^O-^iet⁸s rXt^cn-n^ch der Geschwin- Detek.oröffnung erreichen, sondern lediglich d,c

üen aus ivv-. >j . _s Flektronenstrahl die 25 Probe verlassen müssen;

piobeVXaste'rt De^l enempfindlfche Gleich- durch Abänderung der elektrischen Poffntial^r-

Probe P ?^b™^^rP"_c . _{t z}^_{lr Erm}ittlung des teilung in der Umgebung der Probenoberflache, spe-

nchter mit Vorver starker PG^ J^ /_ver. _zicUdurch Veränderung der Richtung des elektrischen

Referenzsignals m nde«^ ^^Un™f^_cnde signal- Feldes, welches die Sekundärelektronen von der

bunden.Dieansenem Amgang^ S^ _ρ^ ^ _]m ^ ^ _{Helligkeitsvertelluni}

spannung 51 wird wiederum einem _Ä g nichtebener Oberflächenstrukturen der Probe veran-

^ZUF^eürdie Vorrichtung gemäß der Erfindung läßt sich dern (Veränderung der Richtung von Licht unc

^eiffiÄÄ^»^- ^SClS7nodischer Variation des elektrischen FeWc,

η Τ» Γ Tertiäre Elektronen sind Sekundärelek- 35 sind am Bildaufbau ausschließlich Sekundarelektro

S2£Ä1 der Probe zurückge- n.n beteiligt. Das garantiert optimale Auflösung unc

listen Elektronen in der Probenumgebung an extrem differenzierten Bildkontrast.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Absaugen der von einer Probenoberfläche ausgehenden Sekundärelektronen in einem Rasterelektronenmikroskop oder einem Elektronenstrahl-Mikroanalysator mit Abrasterung der Probenoberfläche durch ein primäres Elektronenstrahlenbündel und mit einem einen an der Probe abgenommenen Probens'.rom mit der Rasterbewegung des primären Elektronenstrahlenbündels korrelierenden Auswertegerät, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung während der Abnahme des Probenstromes ein elektrisches Feld an der Probenobeifläche erzeugt, das den Aufbau einer Elektronen-Raumladung vor der Probenoberfläche weitgehend oder völlig verhindert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Einrichtung zur *° Erzeugung eines magnetischen Feldes an der Probenoberfläche vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenstrom (I) selbst oder eine ihm proportionale Spannung (U) *5 über einen Verstärker (V) dem Auswertegerät (A) zugeführt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Darstellung eines Bildpositivs die dem Probenstrom (I_p) proportionale 3" Spannung (U) unter Polaritätsumkehr dem Eingang des Verstärkers ( V) oder direkt dem Eingang des Auswertegenits (A) zugeführt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß an ein oder mehrere elektrisch leitende, sich im Raum vor der Probenoberfläche befindliche Bauteile des Elektronen-Rastermikroskops oder des Elektronenstrahl-Mikroanalysators ein gegenüber der Probe (P) positives, den primären Elektronenstrahl (E) jedoch nicht oder nur geringfügig beeinflussendes Potential gelegt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das auf positivem Potential liegende Bauteil ein der Probe (P) zugewandter Linsenpolschuh (L) der Feinst! ahllinse und/oder eine Probenkainmerwand (W) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Bauteile [z.B. Linsenpolschuh (L), Probenkammerwand (W)\ auf Masse gelegt sind, und daß der an der Probe (P) angebrachte Kontakt (K) mit einer gegenüber den Bauteilen auf negativem Potential liegenden Eingangsklemme des Auswertegeräts (A) oder des Verstärkers ( V) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ein elektrisches Feld erzeugende Einrichtung aus zwei Elektroden (£1 und £2) aufgebaut ist, wobei die erste Elektrode (£1) mit dem Minuspol und die zweite Elektrode (£2) mit dem Pluspol einer regelbar einstellbaren Spannungsquelle (Ql) derart verbunden ist, daß ein sich an der Probenoberfläche befindliches Elektron einer von der Probenoberfläche fortzeigenden Kraftkomponente ausL¹ ctzl ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (£1) eine

Metallplatte ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (£1) ein Metaüsieb ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (£1) als Probenträger ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (P) selbst die erste Elektrode (£1) ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (P) teilweise mit einerelektrisch leitenden, die erste Elektrode (£1) bildenden Schicht überzogen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Probe (P) bzw. Schicht angebrachte elektrische Kontakt (K) zur Abnahme des Probenstroms (I) über einen Arbeitswiderstand (R) mit dem Minuspol der Spannungsquelie (Q) verbunden ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (£2) eine Schneide ist, die in einer Ebene senkrecht zur Richtung des primären Elektronenstrahls (E) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, ausgenommen Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (£2) eine mit einer Bohrung (B) zum Durchtritt des prima ren Elektronenstrahls (£) versehene elektrisch leitende Platte ist, und daß der Durchmesser der Bohrung (B) gerade so bemessen ist, daß der durchtretende primäre Elektronenstrahl (£) von dem angelegten positiven Potential nicht merklich beeinflußt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (£2) eine ringförmige Scheibe ist, die konzentrisch zur Richtung des primären Elektronenstrahls (E) angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (£2) eine Spitze ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Bildkontrastes die zweite Elektrode (£2) in einer Ebene senkrecht zum primären Elektronenstrahl (E) verschiebbar ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (1:2) in einer Ebene parallel zur Oberfläche der Probe (P) verschiebbar ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen den beiden Elektroden (£1 und £2) von der Spannungsquelle (Ql) erzeugte elektrische Feld zeitlich konstant ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 und 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die dem auftreffenden primären Elektronenstrahl (E) zugewandte, zu untersuchende Probenoberflächc zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (£1 und £2) angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung des Bildkontrastes im Raum vor der Probe (P) eine dritte Elektrode (£3) angeordnet und auf ein gegenüber der zweiten Elektrode negatives

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Potential gelegt ist, und daß das Potential der dritten Elektrode (£3) unabhängig von dem gegenüber der Probenoberfläche positiven Potential der zweiten Elektrode (£2) an eii«er weiteren Spannungsquelle (Q2) einstellbar ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode \£3) in einer Fbene senkrecht zur Richtung des primären Elektronenstrahls (E) verschiebbar ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (£3) um eine Achse parallel zum primären Elektronenstrahl (£) drehbar ist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein schwaches, zeitlich konstantes magnetisches Feld parallel zur Probenoberfläche angelegt ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Probenoberfläche ein elektrisches oder ein zusätzliches magnetisches Feld erzeugende Einrichtung zur periodischen Schwächung oder Unterbrechung des an der Probenoberfläche ausgelösten Sekundärelektronenstroms (/_p) von einem Funktionsgenerator (F) ansteuerbar ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verstarker (K) ein schmalbandiges, auf die Frequenz des Funktionsgenerators (F) abgestimmtes Bandpaßfilter vorgeschaltet ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator (F) ein Rechteck- oder ein Sinusgenerator ist.

30. Vorrichtung nach den Ansprüchen 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator (F) an ein ein schwaches magnetisches Wechselfeld parallel zur Probenoberfläche erzeugendes Spulenpaar angeschlossen ist.

31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2~1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ausgangsklemmen (Al und Al) des Funktionsgenerators (F) über eine Serienschaltung von zwei Widerständen (Rl und Rl) miteinander verbunden sind, daß der zweite Ausgang (Al) mit der zweiten Elektrode (El) und der erste Ausgang (Al) mit der ersten Elektrode < EX) verbunden ist, und daß ein Abgriff zwischen den beiden Widerständen (Rl und Rl) an Masse geführt ist.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker ( V) durch einen phasenempfindlichen Gleichrichter mit Vorverstärker (PG), der eingangsseitig zur Abtrennung einer Gleichstromkomponente kapazitiv oder induktiv an den Probenkontakt (K) angekoppelt ist, ersetzt ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der phasenempfindliche Gleichrichter (PG) auf die Frequenz des Funktionsgenerators (F) abgestimmt ist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß der phasenempfindliche Gleichrichter (FG) ein Phasenstcllglied besitzt.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe ( P) um eine Achse senkrecht zur Richtung des primären Elektronenstrahls ( E) in Richtung auf ein weiteres Nachweissvslem um definierte Winke'. (<t) *36. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Probe (P) um eine Achse senkrecht zur Probenoberflache dreh-