DE2063598B2

DE2063598B2 - Ablenkeinrichtung für den Elektronenstrahl in einem Elektronenmikroskop

Info

Publication number: DE2063598B2
Application number: DE2063598A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Akishima Tokio Hirata (Japan)
Original assignee: Nihon Denshi KK
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1969-12-25
Filing date: 1970-12-23
Publication date: 1974-09-05
Also published as: NL7018708A; DE2063598A1; JPS4922351B1; NL166576B; GB1340209A; NL166576C; US3749964A

Description

Die vorliegende Erfindung betriPt eine Ablenkeinrichtung für den Elektronenstrahl in einem Elektronenmikroskop mit in Strahlrichtung aufeinanderfolgenden, durch Ablenkspulen gebildeten Ablenkstufen, von denen die erste den Strahl aus der optischen Achse auslenkt und die zweite den Strahl in zur Auslenkung entgegengesetzten Richtung zurücklenkt, so daß er unter einem bestimmten Winkel auf ein Objekt auftrifft, bei der Mittel vorgesehen sind, die etwaige Auslenkungen des Strahles senkrecht zu der durch die gewünschten Auslenkungen gebildeten Ebene kompensieren.

Eine derartige Ablenkeinrichtung ist bekannt (DT-AS 1 299 088).

Wenn man mittels eines Elektronenmikroskops ein Dunkelfeldbild und ein Elektronenbeugungsmuster beobachten will, muß man die Probe mit einem Elektronenstrahl beleuchten können, ohne daß hierbei Beschränkungen hinsichtlich des Neigungswinkels oder des Azimuts des Elektronenstrahls bestehen. Man verwendet bis jetzt zur Erfüllung dieser Bedingung eine Ablenkeinrichtung mit zwei Ablenkstufen, von denen jede zwei Paare Ablenkspulen enthält, von denen senkrecht zur optischen Achse und senkrecht zueinander ausgerichtete Magnetfelder gebildet werden. Bei der Verwendung einer derartigen Ablenkeinrichtung wird der Elektronenstrahl um den Betrag λ von der ersten Ablenkstufe und um den Betrag ß, der proportional und entgegengesetzt zu » ist, von der zweiten Ablenkstufe abgelenkt, so daß die Probe mit einem Neigungswinkel beleuchtet ist, der der Differenz zwischen den Winkeln α und β entspricht. Da es sehr schwierig oder praktisch unmöglich ist, Spulen herzustellen, deren Magnetfelder exakt senkrecht zueinander angeordnet sind, sowie Ablenkstufen, die exakt parallel zueinander wirken, ist es schwierig, während der Beobachtung eine Verschiebung des Auftreffpunktes des Elektronenstrahles zu vermeiden.

In der eingangs genannten DT-AS 1299 088 ist eine Ablenkeinrichtung zur Vermeidung dieses Nachteiles beschrieben. Es werden hierzu zusätzliche Ablenkcpulen in den Ablenkstufen als Kompensationsspulen verwendet, wobei die Ablenkströme der Kom-

pensationsspulen gemäß den Ablenkströmen der eigentlichen Spulen geregelt werden. Durch die Verwendung der zusätzlichen Kompensationsspulen, die zur Vermeidung des ursprünglichen Fehlers dienen, entstehen jedoch senkundäre Fehler. Diese beruhen

in erster Linie auf der Vergrößerung der Ablenkeinrichtung sowie der zusätzlichen Schwierigkeit, diese komplizierte Ablenkeinrichtung mit einer ausreichenden Präzision hinsichtlich ihrer Orientierung herzustellen, wodurch die gewünschte Genauigkeit nicht erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne Zuhilfenahme weiterer Magnetfelder die störende Auslenkung aus der einen Auslenkebene in eine andere zu kompensieren.

Diese Aufgabe wird bei der Ablenkeinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den Ablenkspule?¹, einer Ablenkstufe ein Ablenkstrom mittels eines Schaltkreises zugeführt ist, der aus zwei unabhängig voneinander regelbaren Teilströmen zusammengesetzt ist, von denen einer zur Kompensation der senkrecht zu der durch die gewünschten Auslenkungen gebildeten Ebene entstehenden Auslenkungen dient.

Die Erfindung bedient sich eines Schaltkreises, mit dessen Hilfe bei der Erzeugung von Ablenkströmen, die eine Strahlablenkung, beispielsweise in der X-Z-Ebene, bewirken, gleichzeitig ein Ablenkstrom erzeugt wird, der eine Strahlablenkung in der Y-Z-Ebene bewirkt, wobei diese Str'ime ein festes Ver-

hältnis zueinander haben.

Vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß zusätzliche Ablenkspulen vermieden werden können. Es läßt sich dadurch die Ablenkeinrichtung einfacher ausgestalten, wodurch auch eine bessere Genauigkeit erreicht wird. Die sich aus den Teilströmen zusammensetzenden Ablenkströme können auch automatisch gemäß dem variablen Einfallswinkel des Elektronenstrah'.es geregelt werden. Des weiteren wird der Vergleich zwischen Dunkelfeldbildern und Hellfeldbildern im

selben Probengebiet erleichtert.

Die Zeichnung dient der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Darin zeigen

F i g. 1 a und 1 b schematische Ansichten von Ablenkeinrichtungen, wie sie bei Geräten gemäß dem Stand der Technik verwendet werden.

F i g. 2, 3, 4 und 5 schematische Blockdiagramme, aus denen Schaltkreise für die Stromversorgung der Ablenkeinrichtung ersichtlich sind,
F i g. 6 den Strahlengang eines Elektronenstrahles in einer Ablenkeinrichtung,

F i g. 7 die Ausrichtung des Elektronenstrahles durch die Ablenkeinrichtung.

Wie in F i g. 1 dargestellt, sind vier Ablenkspulen la, 26, 3 a und 36 um einen Kern 1 herumgewickelt, dessen Mittelpunktachse Z mit der optischen Achse übereinstimmt. Die Spulen 2a und 26 erzeugen ein Magnetfeld in Richtung der A'-Achse, während die Ablenkspulen 7>a und 3 6 ein Magnetfeld in Richtung

4er y-Achse erzeugen. 4 und 5 sind die Stromversor- 7 y = / y + f y + / y η

Bungen der Ablenkspulen2ρ, 26,3«und 3fa ^l *^¹ ^{l a} ⁱ⁸

FI g. 2 zeigt ein Schaltdiagramm der Stromversor- h^x == '₈*i + /**« (³)

gung für die Ablenkspulen. Eine Spule L₁ durch 7.y = i₉y_x + /.,y_a (4)

welche em Strom / fließt, wird hier stellvertretend für 5 " *·*-·«

WilSiiitef K¹SiS ?"' ?^6ι·ϊ\?* ^{ßemälS Bei den üblichen} Ablenkeinrichtungen, wie sie in

J^{1 ß<}JrS ? d'J IrI 1 TO»"*» der Summe einem Elektronenmikroskop verwendet werden, wird

^deH S?SSÄ /Αϊ η Yl?^enW *^{s fließt der} Elektronenstrahl um einen Betrag O₀-V₁ von der

f 1 n»Sh H⁰Ir S · ^{UrCh d}^^{n Wlderst}andfl_t ersten Ablenkstufe und um einen Betrag von β_βχ.

fließt Da jedoch der Strom, normalerweise vernach- « von der zweiten Ablenkstufe abgelenkt, so daß der"

lassjgbar ist, entspncht der Strom / _im wesentlichen Elektronenstrahl auf einen Punkt 28 fällt, an dem die

η cf*^h' · ■ ♦ ι · u α ο optische Achse die Ebene 27 der Probe schneidet

Der S rom I₀ ist gleich der Summe der Ströme Z₁, Hierdurch wird der Bestrahlungswinkel θ geregelt.

Z₂,1₃, welche durch die Widerstände r_v r, und r₃ flie- Da jedoch das von der ersten Ablenkstufe in Rich-

ßen. Mit 6 und 7 sind Differentialverstärker be- i₅ tung der X-Achse erzeugte Magnetfeld und das von

zeichnet. , der zweiten Ablenkstufe in Richtung der Af-Achse

Der Ablenkstrom /ist unabhängig von variablen erzeugte Magnetfeld nicht absolut parallel zueinan-

Widerstanden K₁, K₂, K₃ bestimmt. _{der smdt wir(i} unvermeidlicherweise eine Magnet-

Fig. j zeigt eine weitere Ausführungsform der feldkomponente in Richtung der Y-Achse erzeugt. Stromversorgung fur die Ablenkspulen, welche zwei 20 Dies führt dazu, daß der beleuchtende Elektronen-Stromrege lungstransistoren 11 und 12 und Differen- strahl um einen Betrag θ.χ in diese Richtung abgetialverstarker 9,10 enthalt. _{lenkt wird Hierdurch wjrd e}s außerordentlich

Der Strom i_p ist wie in F ι g. ι gleich der Summe schwierig, ein Auswandern dos Punktes, in den der

der Strome I₁, i.„ ι.,, welche durch die Widerstände r,. Elektronenstrahl auf die Probe auftritt, zu vermeiden.

/".,, r_:, fließen. ,_{5 onne da}ß _{merzu emes} oder beide Magnetfelder, die

Die in Fig. 3 beschriebene Schaltung kann an in Y-Richtung wirken, als Kondensatoren aegen diese

Stelle der von F ι g. 2 verwendet werden. Verschiebungen verwendet werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Da nun. wie erkannt worden ist. Θ₀.ν_Γ Θ₀.ν.,. Θ,.ν

Stromversorgung für die Ablenkspulen, die diesmal und θ zueinander proportional sind, kann man den

drei Stromregelungstransistoren 13. 14 und 15 ent- 30 Proportionalitätskoeffizienten zwischen &_ox_v ft„x.,

hält. Hier fließen Ströme Z₁. Z₂, Z, durch Transistoren und O₁X und den zwischen ί,.ν,. ί,.ν., und Z₁ y., be^

13,14, 15, welche einen Strom Z erzeugen, der durch stimmen. Der Schaltkreis für die 'Stromversorgung

die Spule L fließt. _der Abknkspulen ist so ausgebildet, daß sie dieses

Durch eine Regelung der Eingangsspannungen Es₁. Verhältnis zwischen I₁ .V₁, ι.>.ν.Γund i,y., erfüllt, indem

£5., und Es., von Differentialverstärkern 16. 17 und 35 beispielsweise die Widerstände r_r f., und r., von

18"läßt sich der Ablenkstrom Z in derselben Weise F i g. 2 entsprechend eingestellt werden",

wie bei der Schaltung von F i g. 2 regeln. Durch die Ausbildung der Stromversorgung für

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der die Ablenkspulen in der oben beschriebenen Weise Stromversorgung für die Abknkspulen, welche Diffe- läßt sich der die Probe beleuchtende Elektronenstrahl rentialvetstärker 19 und 20 enthält. Ströme Z₁. Z.„ 40 in X-Richtung vollständig regeln. Eine entsprechende welche durch die Widerstände R₁, R., fließen, erzeu- Regelung des~ die Probe befeuchtenden Elektronengen einen Strom Z, welcher durch die Spule L fließt. Strahls in Richtung der Y-Achse läßt sich durch eine

Durch die Regelung der variablen Widerstände r,. Regelung von ι',ν,, /.,V₁ und ι',.ν., erhalten. Dies führt

r_a, r.j werden Spannungen Ei, e, und c, geregelt, so dazu, daß der die Probe beleuchtende Elektronen-

daß der Ablenkstrom Z in der gleichen Weise wie bei 45 strahl hinsichtlich jedes Azimuts vollständig ge-

der Schaltung gemäß F i g. 2 festgelegt wird. rege'n ist.

Bei den Stromversorgungen für die Ablenkeinheit Soweit war angenommen worden, daß der begemäß den Schaltungen der Fi g. 2 bis 5 gibt es drei leuchtende Elektronenstrahl parallel zur optischen unabhängige Teilströme. Diese Anzahl läßt sich je- Achse verläuft. Wenn er dies nicht tut. muß der doch leicht erhöhen oder erniedrigen, wenn dies er- 50 Elektronenstrahl entweder mechanisch ausgerichtet wünscht ist. werden, was durch eine Verschiebung der Elektro-

Die Wirkungsweise der Ablenkeinrichtung soll an nencrzeugungsvorrichtung geschehen kann. Eine wei-

Hand von F i g. 6 erläutert werden. terc bekannte Möglichkeit besteht darin, den Strahl

Der Ablenkstrom Z₁ χ von F i g. 6, der das Magnet- elektromagnetisch abzulenken, wobei hierbei zwei

feld in Richtung der ^-Achsc in der ersten Ablenk- 55 Ablenkstufen notwendig sind (vgl. z. B. die DT-PS

stufe erzeugt, läßt sich durch folgenden Ausdruck 899 095).

wiedergeben: Gemäß der Darstellung von F i g. 7 wird der die

Probe beleuchtende Elektronenstrahl von einer erster

/,.v = I₁Jt₁ -f I₁-V₂ -^L /,.ν., (1) Ablenkstufe 31 α so abgelenkt, daß e>- den Schnitt

5p puiikt zwischen der optischen Achse und der zweiter

In ähnlicher Weise lassen sich der Ablenkstrom Ablenkvorrichtung 31b schneidet. Er wird anschlie

Z₁ y zur Erzeugung eines Magnetfeldes in Richtung ßend von der Ablenkstufe 31b so abgelenkt, daß c

der Y-Achse in der ersten Ablenkstufe, der Ablenk- parallel zur optischen Achse verläuft,

strom Z.,.ν zur Erzeugung des Magnetfeldes in X-Ach- Zur Dvrchführung der obengenannten Ausrich

senrichtung in der zweiten Ablenkstufe und der Ab- 65 tung benötigt eine übliche Ablenkeinrichtung zusatz

lenkstrom Z₂y für die Erzeugung des Magnetfeldes in liehe Ablenkspulen. Dies ist jedoch nicht der Fall bc

Richtung der Y-Achse in der zweiten Ablenkstufe der erfindungsgemäßcn Ablenkeinrichtung, bei wcl

ausdrücken·. eher die Ablenkströme ι',.ν.,, /_ty.,. 1Vv₂. i,₂y., gemä

den Gleichungen (1), (2), (3) und (4) anstatt zusätzlicher Ablenkspulen verwendet werden.

Zur Erhaltung eines hellen Bildfeldes mit der erfindungsgemäßen Ablenkeinrichtung werden die Ablenkströme I₁Jc₁, Z₁X₂,I₁V₂,1₁J)₁, i₂.T,, I₂V₁ Null gesetzt und die Ablenkströme I₁Jt₃, I₁V₃, I₂Jt₂, i₂y₂ für die Ausrichtung verwendet. Wenn man dagegen ein Dunlielfeldbild erhalten will, werden die Ablenkströme I₁X₃, Z₁V₃,
ähd d

i₂ y₂ für die Ausrichtung verwendet, lkö J

_{13 13 22 2 2}

während die Ablenkströme J₁-C₁, I₁JC₂, I₁V₁, I₁V₂, I₂JC₁. Z₂V₁ für die Regelung der Ntiigung des Elektronenstrahles verwendet werden.

Indem man Umschalter für die Ablenkströme vorsieht, läßt sich ein Vergleich von Hell- und Dunkel bildern desselben Probengebictes bemerkenswert ver einfachen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Ablenkeinrichtung für den Elektronenstrahl in einem Elektronenmikroskop mit in Strablricbtung aufeinanderfolgenden, durch Ablenkspulen gebildeten Ablenkstufen, von denen die erste den Strahl aus der optischen Achse auslenkt und die zweite den Strahl in zur Auslenkung entgegengesetzten Richtung zurücklenkt, so daß er unter einem bestimmten Winkel auf ein Objekt auftrifft, bei der Mittel vorgesehen sind, die etwaige Auslenkungen des Strahles senkrecht zu der durch die gewünschten Auslenkungen gebildeten Ebene kompensieren, dadurch gekennzeichnet, daß den Ablenkspulen einer Ablenkstufe ein Ab lenkstrom mittels eines Schaltkreises zugeführt ist, welcher aus mehr als zwei unabhängig voneinander regelbaren Teilströmen zusammengesetzt ist, von denen einer zur Kompensation der senkrecht zu der durch die gewünschten Auslenkungen gebildeten Ebene entstehenden Auslenkungen dient.