DE2246404C3

DE2246404C3 - Raster-Elektronenmikroskop

Info

Publication number: DE2246404C3
Application number: DE2246404A
Authority: DE
Inventors: Susumu Akishima Tokio Takashima (Japan)
Original assignee: Nihon Denshi KK
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1971-09-21
Filing date: 1972-09-21
Publication date: 1979-08-30
Also published as: FR2153346A1; GB1411793A; DE2246404B2; US3795809A; FR2153346B1; JPS4839164A; DE2246404A1; JPS5126227B2; NL7212014A

Description

Die Erfindung betrifft ein Rasterelektronenmikroskop nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

Ein Rasterelektronenmikroskop ist aus der Literatursteile »Proceedings of the Symposium on the Scanning Elektron Microscopy« vom 30. April bis 1. Mai 1968, insbesondere Seiten 74 und 75, bekannt. Beim bekannten Rasterelektronenmikroskop wird die Probe durch einen auf die Probe fokussierten Elektronenstrahl abgetastet und mit Hilfe von ungestreuten und gestreuten, durch die Probe hindurchgetretenen Elektronen ein Hellfeldbild bzw. ein Dunkelfeldbild aufgenommen. Bei diesem bekannten Rasterelektronenmikroskop wird jedoch kein Beiigungsbild erzeugt, das aus von einem parallelen auf die Probenoberfläche gerichteten Elektronenstrahlbündel hervorgerufen wird.

Bei der Untersuchung von Kristallproben mit Hilfe eines Elektronenmikroskops ist es wichtig, daß der ausgewählte Bereich eines Beugungsbildes, welches sich aus einem parallelen auf die Probe gerichteten Elektronenstrahlbündel und durch die Probe hindurchgegangenen gebeugten Elektronen ergibt, mit dem entsprechenden Bereich des Rasterbildes, das aus einem auf die Probe fokussierten Elektronenstrahl gewonnen wird, in Übereinstimmung gebracht werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Rasterelektronenmikroskop mit einer Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffei., bei dem ein hoher Grad von Übereinstimmung zwischen dem für die Beobachtung des erwähnten Rasterbildes ausgewählten Bereich der Probe und dem für die Beobachtung des entsprechenden erwähnten Beugungsbildes ausgewählten Probenbereich aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen beziffert sind. Darin zeigen

F i g. 1 und 2 das bekannte Raster-Elektronenmikroskop in schematischer Darstellung,

F i g. 3 und 4 ein Ausführungsbeispiel des nach der Erfindung ausgebildeten Raster-Elektronenmikroskops in schematischer Darstellung,

Fig.5 bis 7 drei weitere Ausführungsbeispiele des nach der Erfindung ausgebildeten Raster-Elektronenmikroskops in schematischer Darstellung.

ίο In Fig. 1 ist ein bekanntes Raster-Elektronenmikroskop dargestellt, das zur Beobachtung eines Bildes des Raster-Elektronmikroskops und eines Beugungsbildes geeignet ist und ein Kondensorlinsensystem aufweist. Hierbei erzeugt eine Elektronenkanone 1 einen Elektronenstrahl 2, der durch eine Anode 3 beschleunigt wird. Der Elektronenstrahl 2 wird durch ein Kondensorlinsensystem mit Linsen 4,5 und 6 konzentriert. Mit 7,8 und 9 sind jeweils die den einzelnen Linsen zugeordneten Blenden bezeichnet. Zur Beobachtung eines Bildes des Raster-Elektronenmikroskops wird der konzentrierte Elektronenstrahl auf die Oberfläche einer Probe 10 fokussiert und durch Raster-Ablenkspulen Ux und lly über die Probenfläche geführt. Die auftreffenden Elektronen erzeugen Sekundär-Elektronen. Von der Probenoberfläche werden auch Primärelektronen zurückgestreut. Beide Arten der Elektronen werden durch einen Detektor 12 erfaßt. Das Detektorsignal wird durch einen Verstärker 13 verstärkt und anschließend zur Helligkeitsmodulation einer Kathodenstrahlröhre

Μ 14 auf das Steuergitter dieser Röhre gegeben. Mit 15a- und 15y sind Ablenkspulen der Kathodenstrahlröhre bezeichnet, die durch einen Signalgenerator 16 mit einem Rastersignal gespeist werden. Dieses Rastersignal ist synchron mit dem auf die Raster-Ablenkspulen Ux und lly gegebenen Signal, weshalb ein Rasterbild Her Probe !0 auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 14 dargestellt wird. In diesem Fall ist die Bildvergrößerung M durch das Verhältnis der Abtastbreite Dc der Kathodenstrahlröhre 14 zur Abtastbreite Ds des Strahles der abtastenden Elektronen bestimmt.

Zur Schaffung eines Beugungsbildes eines begrenzten Probenbereiches muß eine Blende 17 eingebracht und die Brennweite der zweiten Kondensorlinse 5 und der letzten Kondensorlinse 6 durch Regelung der Linsenströme gemäß folgender Beziehung geändert werden:

wobei

L = Abstand zwischen der Hauptebene der Linse 6 und einer Blende 17, durch welche das Beobachtungsfeld begrenzt wird,

/ö = Brennweite der Linse 6,

S = Abstand zwischen der Probe und der Hauptebene der Linse 6.

Die Blende 17 dient zur Begrenzung der Elektronenstrahlbreite. Unter diesen Bedingungen ergibt sich die folgende Beziehung:

Dd= ■ Do,

wobei

Dd = Breite des Elektronenstrahls, der die Probeoberfläche bestrahlt,
Do = Durchmesser der Blende 17.

Bei Erfüllung dieser Beziehung wird die Probe mit einem Strahl ausgezeichnet parallellaufender Elektronen bestrahlt, der auf einem Fluoreszenzschirm 18 oder einer Fotoplatte ein Beugungsbild erzeugt

Die vorgenannte Anordnung ergibt jedoch keine unmittelbare Beziehung zwischen dem begrenzten Bereich des Beugungsmusters und dem Bild des Abtast-Elektronenmikroskops. Insbesondere besteht hierbei keine unmittelbare Beziehung zwischen der Abtastbreite Ds des Elektronenstrahles und der Breite Dd des Elektronenstrahlbündels, das auf die Oberfläche der Probe auftrifft. Der Mikroskopierende ist daher gezwungen, mittels der Beziehung (2) Da zu berechnen und unter Zuhilfenahme dieses Wertes die ausgewählte Beobachtungsfläche (M- Dd)² im Zentrum des Bildes des Elektronenmikroskops abzuschätzen.

Es wird hierbei die Annahme zugrunde gelegt, daß das Beobachtungsfeld mit dem Bestrahlungsfeld des Beugungsmusters übereinstimmt. Diese Annahme trifft jedoch nicht immer zu. Hinzu kommt, daß bei Verschiebung der Blende 17 um einen Betrag Δ gegegen die optische Achse des .Elektronenmikroskops das Beobachtungsfeld um den Betrag-^-verschoben wird, was der Mikroskopierende nicht wahrnimmt.

Beim Raster-Elektronenmikroskop nach F i g. 3 und 4 sind über der Blende 17 Ablenkspulen 19* und 19y angeordnet. Diese Spulen sind zusätzlich zu den Spulen 11* und lly vorgesehen, welch letzte wie im Fall des bekannten Raster-Elektronenmikroskops zwischen den jo Linsen 5 und 6 angeordnet sind.

Die Fig.3 zeigt den Elektronenstrahlweg, der erforderlich ist, um ein ausgewähltes Gebiet des Bildes des Elektronenmikroskops zu beaobachten. Die Abtastspulen 19x und I9y lenken den Elektronenstrahl über ys bestimmt und durch den Ablenkstrom der Abtastspulen 19* und i9y nicht beschränkt. Die Gleichung (1) ist gleichfalls erfüllt. Um ein Beugungsbiid beobachten zu können, das dem erhaltenen ausgewählten Bereich des Bildes des Abtast-Elektronenmikroskops entspricht, ist die Brennweite der zweiten Kondensorlinse 5 gemäß F i g. 4 geändert. Unter den Bedingungen nach F i g. 4 ist die Stromstärke des den Spulen 19x und 19y zugeführten Ablenkstromes 0 und die Brennweite der Kondensorlinse 5 derart vergrößert daß die Bildebene 20 der Kondensorlinse 5 mit der Brennebene der Linse 6 übereinstimmt. Das heißt, daß die Bildebene 20 von der Hauptebene der Linse 6 etwa um den Betrag f₀ entfernt ist. Eine präzise Einstellung der Brennweite wird erzielt, wenn das Beugungsbild auf dem Schirm 18 bis zum Erhalt seiner größten Schärfe überwacht wird. Während dieser Einstellung wird die Brennweite der Linse 6 auf dem gleichen Wert gehalten.

F i g. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem durch Benutzung des durch die Probe hindurchtretenden Elektronenstrahls das Bild des Raster-Elektronenmikroskops auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 14 dargestellt wird. Hierbei wird auf die Kondensorlinse 4 verzichtet und der mit 21 bezeichnete Detktor samt Blende 22 unterhalb der Probe angeordnet.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 wird das Beugungsbild mittels Ablenkspulen 23x und 23y, dem Detektor 21 und der Blende 22 auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 14 dargestellt. In diesem Fall sind die zwischen der Probe und dem Detektor 21 angeordneten Ablenkspulen 23x und 23y über einen Umschalter 24 mit einem Rastersignal des Generators 16 gespeist. Die Ablenkspulen führen folglich das gesamte Beugungsbild über die Blende 22, das auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 14 dargestellt wird. Bei

der Blende 17 ab, SüfdiC der Clckiiuncnsirahi dliiCu die Um:>iii<i!iui'ig des Umschalter:» 24 kanu

Kondensorlinse 5 fokussiert ist. Die Brennweite der Kondensorlinse 6 wird derart gesteuert, daß das Schattenbild der Blende 17 auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 14 klar dargestellt wird. Die Brennweite der Kondensorlinse 6 ist so eingestellt, daß das ausgewählte Gebiet des Bildes des Elektronenmikroskops, das vom Blendenschatten umgeben ist, im Brennpunkt liegt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Abtastbreite 0^s des Elektronenstrahls auf der Oberflä- v> ehe der Probe durch den Durchmesser der Blende 17 Raster-Elektronenmikroskops auf dem Bildschirm dargestellt werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 werden zum Erhalt des Beugungsbildes die Rasterspulen 19* und 19>· verwendet. Hierbei wird ein Rastersignal des Generators 16 auf die Abtastspulen 19x und 19y gegeben, um die Neigung und den Azimutwinkel des Elektronenstrahls zu ändern. Es wird das gleiche Beugungsbild, das beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 erhalten wird, auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre 14 dargestellt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Rasterelektronenmikroskop mit einem Kondensorlinsensystem und Einrichtungen zur Darstellung wahlweise eines Rasterbildes, das von einem auf die Probe fokussierten Elektronenstrahl gewonnen wird, oder eines Beugungsbildes, das von einem festen, parallelen, auf die Probe gerichteten Elektronenstrahl gewonnen wird, und mit einer zwischen zwei Kondensorlinsen angeordneten zusätzlichen Blende, dadurch gekennzeichnet, daß

a) zur Darstellung des Rasterbildes zusätzliche Ablenkspulen (19x, \9y) — betrachtet in ElektronenstrahJrichtung — vor der zusätzlichen Blende (17) angeordnet sind und die Brennweiten der beiden Kondensorlinsen (5 und 6) so eingestellt sind, daß die zusätzliche Blende (17) in der Brennebene der Kondensorlinse (5) liegt und durch die Kondensorlinse (6) auf der Probe abgebildet ist, und

b) zur Darstellung des Beugungsbildes bei abgeschalteten zusätzlichen Ablenkspulen (19x, Wy) die Brennweiten der Kondensorlinsen (5 und 6) so eingestellt sind, daß die Bildebene (20) der einen Kondensorlinse (5) und die Brennebene der anderen Kondensorlinse (6) übereinstimmen.