DE1589906B2 - SCANNING ELECTRON MICROSCOPE - Google Patents
SCANNING ELECTRON MICROSCOPEInfo
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- DE1589906B2 DE1589906B2 DE19671589906 DE1589906A DE1589906B2 DE 1589906 B2 DE1589906 B2 DE 1589906B2 DE 19671589906 DE19671589906 DE 19671589906 DE 1589906 A DE1589906 A DE 1589906A DE 1589906 B2 DE1589906 B2 DE 1589906B2
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Description
der Variation der Intensität des Elektronenstrahls an- F i g. 2 ein Blockschaltbild für den Aufbau einesthe variation in the intensity of the electron beam. 2 is a block diagram showing the structure of a
dererseits gewährleistet ist. Rasterelektronenmikroskops in erfindungsgemäßeron the other hand is guaranteed. Scanning electron microscope in accordance with the invention
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß da- Ausbildung undAccording to the invention, the task at hand is there training and
durch gelöst, daß an den Impulsgenerator zum Vari- ', Fig. 3 eine graphische Darstellung der Wellenieren der Intensität des das Objekt abtastenden Elek- 5 formen zur Veranschaulichung der Arbeitsweise des tronenstrahls außerdem ein phasenempfindlicher erfindungsgemäß ausgebildeten Rasterelektronen-Demodulator zum zur Intensitätsmodulation des mikroskops.solved by that to the pulse generator for Vari- ', Fig. 3 is a graphical representation of the waves the intensity of the object-scanned elec- 5 forms to illustrate the operation of the electron beam also has a phase-sensitive scanning electron demodulator designed according to the invention for modulating the intensity of the microscope.
Elektronenstrahls synchronen Gleichrichten der von Das in F i g. 1 dargestellte bekannte Elektronen-Electron beam synchronous rectification of the parts shown in FIG. 1 shown known electron
der Abtrennstufe aus dem Abtastsignal abgeleiteten mikroskop mit Objektabtastung besitzt eine aus einemthe separation stage derived from the scanning signal microscope with object scanning has one of a
Wechselstromkomponente angeschlossen ist. io einen Elektronenstrahl emittierenden Draht 1 be-AC component is connected. io loading an electron beam emitting wire 1
Die erfindungsgemäße Ausbildung eines Raster- stehende Elektronenkanone, einen Wehnelt-Zylin-The inventive design of a grid standing electron gun, a Wehnelt cylinder
elektronenmikroskops führt zu einer großen Zahl von der 2 und eine Anode 3. Außerdem weist das Elek-electron microscope leads to a large number of the 2 and an anode 3. In addition, the elec-
Vorteilen, von denen nur die folgenden besonders tronenmikroskop weiter eine Kondensorlinse 4 fürAdvantages of which only the following particularly electron microscope continues a condenser lens 4 for
aufgezählt werden sollen: den Elektronenstrahl, eine Ablenkeinrichtung 5, dieare to be enumerated: the electron beam, a deflection device 5, the
1. Das Elektronenmikroskop läßt sich besonders 15 einen ablenkbaren Elektronenstrahl 16 auf ein Obgut für die Untersuchung von Objekten, wie Halb- jekt 6 richtet, einen Detektor 7, wie z. B. einen Photoleiterobjekten, einsetzen, da das Abtastbild ohne vervielfacher oder einen Sekundärelektronenvervielweiteres beobachtet werden kann, während an dem fächer zum Ermitteln rückgestreuter oder reflektierter Objekt eine Gleichspannung als kontinuierliche Vor- Elektronen und Sekundärelektronen, einen Gleichspannung anliegt, ao stromverstärker 8, Ein-und Ausschalter 9,10 und 14,1. The electron microscope can particularly 15 a deflectable electron beam 16 onto an object for the examination of objects, such as project 6 directed, a detector 7, such as. B. a photoconductor object, use as the scan image without a multiplier or a secondary electron multiplier can be observed while looking at the fan to determine backscattered or reflected Object a direct voltage as continuous pre-electrons and secondary electrons, a direct voltage is present, ao current amplifier 8, on and off switches 9, 10 and 14,
2. Jegliches Rauschen bei anderen Frequenzen als ein Kathodenstrahloszilloskop 11, eine Ablenkspan- -x der Impulsfrequenz der den Elektronenstrahl modu- nungsquelle 12 für die Ablenkeinrichtung 5 und das \j lierenden Impulse, insbesondere jegliches sekundäres Oszilloskop 11 und eineHochspannungsquelle 13 für2. Any noise at frequencies other than a cathode ray oscilloscope 11, a deflection span -x of the pulse frequency of the electron beam modulating source 12 for the deflection device 5 and the j ling pulses, in particular any secondary oscilloscope 11 and a high voltage source 13 for
Gleichspannungsrauschen infolge von Thermospan- die Beschleunigung der Strahlelektronen auf. : DC voltage noise as a result of thermospan the acceleration of the beam electrons. :
nungen od. dgl., läßt sich durch die Anbringung von 25 .. Es sei nunmehr angenommen, daß das Objekt 6,nings or the like, can be made by attaching 25 .. It is now assumed that the object 6,
Mitteln, wie beispielsweise einem abgestimmten Ver- das von dem Elektronenstrahl 16 abgetastet werdenMeans, such as, for example, a matched version, can be scanned by the electron beam 16
stärker, vollständig unterdrücken. soll, eine Halbleiteranordnung ist,-die einen p-n-stronger, completely suppress. is supposed to be a semiconductor device -which has a p-n-
3. Die Möglichkeit zur vollkommenen Ausschal- Übergang enthält. .Da in einem solchen Falle die tung des Rauschens führt zu einer Verbesserung der durch den Elektronen-Volta-Effekt in dem Objekt 6 Empfindlichkeit der Erkennung und ermöglicht dem- 30 erzeugte Spannung in Abhängigkeit von der über eine zufolge . eine Verminderung des . Elektronenstrahl- Vorspannungsquelle 15 an das Objekt 6 angelegten stromes. Als Ergebnis ist es möglich, einen Elektro- Vorspannung variiert, lassen sich ins einzelne gehende nenstrahl mit geringerem Durchmesser als bisher zu Informationen über den Aufbau des p-n-Überganges benutzen, und dadurch das Auflösungsvermögen zu nur dann mit Erfolg erhalten, wenn es möglich ist, die vergrößern und häufig mit der Messung des spezifi- 35 Art der Änderung des auf dem Kathodenstrahloszilloschen Widerstandes eines Objekts verbundene Fehler skop 11 erscheinenden Abtastbildes unter Bedingunzu vermindern. .-■ .... gen zu beobachten, bei denen die Vorspannung stän-3. Contains the possibility of a complete switch-off transition. Because in such a case the The processing of the noise leads to an improvement in the electron volta effect in the object 6 Sensitivity of the detection and enables the voltage generated depending on the voltage generated over a according to. a decrease in the. Electron beam bias source 15 applied to object 6 Stromes. As a result, it is possible to have an electrical bias that can be varied in detail inner beam with a smaller diameter than before for information about the structure of the p-n junction use, and thereby the resolving power to only successfully obtain when it is possible to use the enlarge and often with the measurement of the specific 35 type of change of the on the cathode ray oscilloscope Resistance of an object-related error scope 11 appearing scan image under Conditionunzu Reduce. .- ■ .... genes to be observed in which the preload remains
4. Die bisherige Forderung nach einer vollkomme- dig an dem Objekt 6 anliegt. Mit Rücksicht darauf, nen Abschirmung der Mittel zur Erkennung der . daß bei den Elektronenmikroskopen mit Objektab-Elektronen, wie z. B. des Photovervielf achers, gegen- 4o; tastung der bisher bekannten Bauart der Elektronenüber Außenlicht ist äußerst schwierig. Bei der Erfin- strahl 16 eine konstante Intensität aufweist, die, wie dung wird der Photovervielfacher durch einen gerin- bereits oben erwähnt, nicht mit der Zeit variiert, liegt gen Betrag von einfallendem üblichem Außenlicht jedoch die infolge des Elektronen-VoIta-Effekts in4. The previous requirement for a completely applied to the object 6. With regard to the shielding of the means of detecting the. that in the electron microscope with Objektab electrons such. B. of the photomultiplier, opposite 4o ; Sensing the previously known type of electrons using outside light is extremely difficult. In the case of the invention beam 16 has a constant intensity which, as the photomultiplier is already mentioned above, does not vary with time
J) nicht ungünstig beeinflußt, da das zu erkennende Si- dem Objekt 6 erzeugte Spannung in Form einerJ) is not adversely affected, since the Si to be recognized the object 6 generated voltage in the form of a
gnal eine pulsierende Wellenform aufweist. 45 Gleichspannung vor und läßt sich nicht von der alsgnal has a pulsating waveform. 45 DC voltage and cannot be influenced by the as
5. Die Intensitätsmodulation des Oszilloskpos läßt Vorspannung an den p-n-Übergang angelegten sich nicht nur mit einem Gleichstrommodulations- Gleichspannung unterscheiden. Es bereitet daher system, sondern auch durch ein Wechselstrommodu- Schwierigkeiten, die durch den Elektronen-Voltalationssystem vornehmen, was den Aufbau des Inten- Effekt in dem Objekt 6 erzeugte Spannung in untersitätsmodulationssystems wesentlich vereinfacht und 50 scheidbarer Weise zu ermitteln. Zur Überwindung das System sehr billig macht. dieser Schwierigkeit ist bereits versucht worden, der5. The intensity modulation of the oscilloscope leaves bias applied to the p-n junction differ not only with a DC modulation DC voltage. It therefore prepares system, but also by an alternating current modulus caused by the electron voltalation system make what the build-up of the Inten effect in the object 6 generated voltage in the sub-intensity modulation system much simplified and 50 divisible way to determine. To overcome the system makes it very cheap. this difficulty has already been tried, the
Bei einer bevorzugten Ausführungsform für ein er- an dem Objekt abgenommenen Spannung eine Gleich-In a preferred embodiment, for a voltage taken from the object, a DC voltage
findungsgemäß ausgebildetes Rasterelektronenmikro- spannung in der Weise zu überlagern, daß der Anteilaccording to the invention designed to superimpose scanning electron microvoltage in such a way that the portion
skop enthält die Abtrennstufe ein Filter zum Ab- der Vorspannung unterdrückt und dadurch nur dieThe scope contains the separation stage a filter to cut off the bias voltage and thus only the
schneiden einer Gleichstromkomponente und einen 55 auf den Elektronen-Volta-Effekt zurückgehendecut a direct current component and a 55 going back to the electron volta effect
nachgeschalteten abgestimmten Verstärker. Außer- Spannung abgegriffen wird. Jedoch läßt sich leichtdownstream tuned amplifier. Except voltage is tapped. However, it can be easily
dem kann dem Demodulator ein Integrator nach- vorstellen, daß die korrekte Einregelung für einean integrator can simulate the demodulator that the correct adjustment for a
schaltbar sein, der die Wechselstromkomponente des Unterdrückung allein des Anteils der Vorspannungbe switchable, the the alternating current component of the suppression only the portion of the bias voltage
Abtastsignals zur Erzeugung des Abtastbildes in- bei gleichzeitiger kontinuierlicher Anlage der Vor-Scanning signal for generating the scanning image while at the same time continuously creating the pre
tegriert, und eine weitere Ausgestaltung der Erfin- 60 spannung an das Objekt technisch nur sehr schwierigintegrated, and a further development of the invention voltage to the object is technically very difficult
dung besteht darin, daß mit dem Objekt eine Vor- zu erreichen ist.tion consists in the fact that the object can be reached in advance.
Spannungsquelle verbindbar ist. Da außerdem die durch einen Elektronen-Volta-Voltage source can be connected. In addition, since the electron volts
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nun- Effekt induzierte Spannung in der Größenordnung mehr auf die Zeichnung bezug genommen; in dieser von 10~8 Volt liegt, führt ein Versuch, diese Spansind . 65 nung mit Hilfe des üblichen Breitbandgleichstrom-To further explain the invention, reference is now made to the drawing, effect induced voltage in the order of magnitude; If this is 10 ~ 8 volts, an attempt is made to find this chip. 65 voltage with the help of the usual broadband direct current
F i g. 1 ein Blockschaltbild, das den Aufbau eines Verstärkers 8 zu verstärken, vielfach zu einem Span-F i g. 1 is a block diagram showing the structure of an amplifier 8 to amplify, often to a voltage
Elekronenmikroskops mit Objektabtastung in bis- nungsniveau, das unterhalb des Rauschpegels desElectron microscope with object scanning in up-to-air level, which is below the noise level of the
heriger Bauart zeigt, Verstärkers 8 liegt, so daß es unmöglich ist, die in-previous design shows, amplifier 8 is so that it is impossible to
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duzierte Spannung in brauchbarer Weise zu ermitteln. lieh ist, mit Rücksicht auf einen hohen Rauschpegel Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich in der Ver- des Verstärkers eine hohe Empfindlichkeit zu erwarstärkerstufe dadurch, daß in den meisten Fällen ten, wie dies bereits oben herausgestellt worden ist. gleichzeitig eine Thermospannung in der Größenord- So führt unvermeidlich jeder Versuch, die Erkennung von 10~6 Volt entsteht. Bei solcher Lage ist es 5 nungsempfindlichkeit eines Elektronenmikroskops der selbst dann, wenn der Rauschpegel des Gleichstrom- bisherigen Art zu steigern, zu der Forderung nach Verstärkers 8 unterhalb von 10~fi Volt liegt, unmög- einer Erhöhung des Elektronenstrahlstromes, die lieh zu entscheiden, ob die ermittelte Signalspannung ihrerseits eine Vergrößerung im Durchmesser des die oben beschriebene induzierte Spannung oder die Elektronenstrahls entstehen läßt und damit zu einer Thermospannung darstellt. io Verminderung des Auflösungsvermögens führt.to determine the reduced voltage in a useful way. is borrowed, with regard to a high noise level Another difficulty arises in the fact that the amplifier has a high sensitivity to the expected strength stage, as in most cases, as has already been pointed out above. At the same time a thermoelectric voltage in the order of magnitude leads inevitably to every attempt to detect 10 ~ 6 volts. In such a situation, the sensitivity of an electron microscope to the demand for amplifier 8, even if the noise level of the previous type is increased, is below 10 ~ fi volts, impossible to increase the electron beam current, which makes it possible to decide whether the determined signal voltage in turn gives rise to an increase in the diameter of the induced voltage described above or the electron beam and thus represents a thermal voltage. io reduction in resolving power.
Nunmehr sei der Fall unterstellt, daß der Detek- Wie F i g. 2, in der zur Bezeichnung gleicher Teile tor 7 die Form eines Photovervielfachers besitzt, so dieselben Bezugszahlen verwendet sind, wie sie in daß die rückgestrahlten oder reflektierten Elektronen F i g. 1 erscheinen, zeigt, besitzt das erfindungsgemäße und Sekundärelektronen, die von dem Objekt 6 korn- Elektronenmikroskop mit Objektabtastung eine aus nien, zur Erzielung eines Abtastbildes für das Ob- 15 einem Elektronen emittierenden Draht 1 bestehende jekt 6 herangezogen werden können. In einem sol- Elektronenkanone, einen Wehneltzylinder 2, eine chen Falle erweist es sich als erforderlich, die rück- Anode 3, eine Kondensorlinse 4 für den Elektronengestrahlten oder reflektierten Elektronen oder Sekun- strahl, eine Ablenkeinrichtung 5 für den Elektronendärelektronen zu beschleunigen, diese Elektronen auf strahl zur ablenkbaren Ausrichtung des Elektroneneine in der Zeichnung nicht dargestellte fluoreszie- 20 Strahls 16 auf ein Objekt 6, einen Detektor 7, wie rende Substanz auftreffen zu lassen, um diese Sub- z.B. einen Photovervielfacher oder einen Sekundärstanz zum Leuchten zu bringen, und das von der elektronenvervielfacher zum Erkennen rückgestreuter fluoreszierenden Substanz emittierte Licht mit Hilfe Elektronen und Sekundärelektronen, Ein- und Ausdes Photovervielfachers in ein elektrisches Signal um- schalter 9, 10, 14', 27 und 28, ein Kathodenstrahlzuwahdeln. Auch in diesem Falle hat das aus der 25 oszilloskop 11, eine Hochspannungsquelle 13 für die Strahlung der fluoreszierenden Substanz gewonnene Beschleunigung der Strahleiektronen und eine Vor-Lichtsignal eine konstante Intensität, die mit der Zeit Spannungsquelle 15. In dem Elektronenmikroskop ist nicht variiert, und bereits der Eintritt auch des ge- ein Transformator 17 mit dem Ausgang des Detekringsten Anteils an Äußenlicht in den Photoverviel- tors 7 verbunden und dient auf diese Weise als Schalfacher würde eine brauchbare Signalerkennung un- 30 tung zum Abtrennen einer Gleichspannungskompomöglich machen. Neuerdings wird an Stelle des nente aus dem von dem Detektor 7 ermittelten Signal. Photovervielfachers ein p-n-Übergang benutzt, je- Der Transformator 17 kann jedoch durch einen Kondoch bleibt dadurch die Situation die gleiche wie im densator ersetzt werden. Außerdem besitzt das Elek-Falle einer Signalerkennung durch den Photoverviel- tronenmikroskop weiter einen abgestimmten Verstärfacher. In gleicher Weise ist auch die bisherige Me- 35 ker 18, einen phasenempfindlichen Demodulator 19, thode der Erkennung des in das Objekt 6 fließenden einen Impulsgenerator 20, einen Phasenschieber 21, Elektronenstromes unbefriedigend, da es kaum mög- einen Impulstransformator 22.It is now assumed that the Detek-Wie F i g. 2, in which to denote the same parts gate 7 is in the form of a photomultiplier, so the same reference numerals are used as in FIG that the backscattered or reflected electrons F i g. 1, shows, possesses the inventive and secondary electrons emitted from the object 6-grain electron microscope with object scanning Never, to achieve a scan image for the object 15 an electron-emitting wire 1 existing ject 6 can be used. In a sol electron gun, a Wehnelt cylinder 2, a Chen case it turns out to be necessary, the rear anode 3, a condenser lens 4 for the electron beam or reflected electrons or secondary beam, a deflection device 5 for the electron final electrons to accelerate these electrons to beam for deflectable alignment of the electrons In the drawing, not shown fluorescent beam 16 on an object 6, a detector 7, such as to let the substance impinge to this sub- e.g. a photomultiplier or a secondary punch to shine, and that from the electron multiplier to detect backscattered fluorescent substance emitted light with the help of electrons and secondary electrons, on and off Photomultiplier switch to an electrical signal 9, 10, 14 ', 27 and 28 to select a cathode ray. In this case too, the oscilloscope 11 has a high voltage source 13 for the Radiation of the fluorescent substance obtained acceleration of the beam electrons and a pre-light signal a constant intensity which with time becomes voltage source 15. In the electron microscope does not vary, and even the entry of the common transformer 17 with the exit of the Detekringsten Part of the outside light is connected in the photomultiplier 7 and in this way serves as a sound box a useful signal detection device would be possible for separating a DC voltage component do. Recently, the signal determined by the detector 7 has been used instead of the component. Photomultiplier uses a p-n junction, but the transformer 17 can be through a Kondoch the situation remains the same as in the capacitor to be replaced. It also has an Elek trap signal recognition by the photomultiplier microscope, a tuned amplifier. In the same way, the previous marker 18, a phase-sensitive demodulator 19, method of detecting the flowing into the object 6 a pulse generator 20, a phase shifter 21, Electron flow unsatisfactory, since it is hardly possible to use a pulse transformer 22.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Ergänzungsblatt zur Auslegeschrift 15 89 9 0 6
Int. Cl.2: HOlJ, 37/28Supplementary sheet to interpretation document 15 89 9 0 6
Int. Cl. 2 : HOlJ, 37/28
Bekanntmachungstag: 5. Oktober 1972Date of publication: October 5, 1972
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eine zusätzliche Vorspannungsquelle 23, einen Gleich- verstärker 24 an elektrostatische Ablenkplatten 5'an additional bias source 23, a DC amplifier 24 to electrostatic deflection plates 5 '
stromverstärker 24 und ein Voltmeter 25. Der Trans- angelegt wird. Selbstverständlich kann das Ablenk-Current amplifier 24 and a voltmeter 25. The trans- is applied. Of course, the distraction
formator 17, der abgestimmte Verstärker 18, der system 5 jedoch auch so aufgebaut sein, daß es alsformator 17, the tuned amplifier 18, the system 5 can also be constructed so that it can be used as a
phasenempfindliche Demodulator 19 und der Pha- elektromagnetisches Ablenksystem unter Verwen-phase-sensitive demodulator 19 and the phase electromagnetic deflection system using
senschieber 20 bilden einen Teil der Detektormittel; 15 dung einer elektromagnetischen Ablenkspule arbeitet,slide valves 20 form part of the detector means; 15 formation of an electromagnetic deflection coil works,
jedoch lassen sich statt dessen selbstverständlich auch Die Abtastung des Objektes 6 kann vorgenommenhowever, the object 6 can of course also be scanned instead
andere Bauteile verwenden. Außerdem ist es klar, werden, sobald die Schalter 9 und 27 eingelegt sinduse other components. It is also clear as soon as switches 9 and 27 are engaged
daß das Oszilloskop 11 in dem Elektronenmikroskop und der Schalter 14' seine Erdungsstellung ein-that the oscilloscope 11 in the electron microscope and the switch 14 'is in its grounding position
im Innern mit einer Ablenkspannungsquelle 12, wie genommen hat. Bei dieser Schalterstellung könneninside with a deflection voltage source 12 as taken. With this switch position
sie in der Fig. 1 dargestellt ist, ausgerüstet ist. 20 reflektierte Elektronen und Sekundärelektronen, dieit is shown in Fig. 1, is equipped. 20 reflected electrons and secondary electrons that
Wie oben beschrieben, eignet sich das erfindungs- von dem Objekt 6 herkommen, durch den Detektor 7 gemäße Elektronenmikroskop mit Objektabtastung erkannt werden. Als Alternative können die Schalfür einen Betrieb mit einem Elektronenstrahl, des- ter 9 und 27 geöffnet werden, und der Schalter 10 sen Intensität periodisch variiert. Zu diesem Zwecke kann eingelegt werden, um einen Objektstrom oder werden Rechteckimpulse mit einer Folgefrequenz von 25 einen in das Objekt 6 hineinfließenden Elektronenbeispielsweise 1 kHz von dem Impulsgenerator 20 er- strom abzunehmen. Eine andere Möglichkeit besteht zeugt und über den Impulstransformator 22 an den darin, daß die Schalter 10 und 27 eingeschaltet wer-WEHNELT-Zylinder 2 angelegt. Dadurch wird von den und der Schalter 14' so betätigt wird, daß er mit dem Draht 1 ein pulsierender Elektronenstrahl 16 der Vorspannungsquelle 15 in Verbindung steht, um abgegeben, jedoch versteht es sich von selbst, daß die 30 so eine von dem Elektronen-Volta-Effekt induzierte Impulsfrequenz in keiner Weise auf die oben an- Spannung abzunehmen.As described above, the invention coming from the object 6 through the detector 7 is suitable according to electron microscope can be recognized with object scanning. As an alternative, the scarffor an operation with an electron beam, of which 9 and 27 are opened, and the switch 10 This intensity varies periodically. For this purpose can be inserted to an object stream or For example, square-wave pulses with a repetition frequency of 25 generate an electron flowing into the object 6 1 kHz from the pulse generator 20 to take off current. There is another possibility testifies and via the pulse transformer 22 to the fact that the switches 10 and 27 turned on who-WEHNELT-cylinder 2 created. This is of the and the switch 14 'is operated so that it is with the wire 1 is connected to a pulsating electron beam 16 from the bias voltage source 15 in order to given, but it goes without saying that the 30 induced one of the electron voltaic effect Pulse frequency does not decrease in any way to the above voltage.
gegebene Frequenz von 1 kHz beschränkt ist und daß Es sei beispielshalber angenommen, daß das Obsich statt dessen jede andere geeignete Frequenz will- jekt 6 eine Halbleiteranordnung ist, die einen kürlich wählen;läßt. Ebenso braucht der pulsierende p-n-Übergang aufweist. Dann wird durch den Elek-Elektronenstrahl nicht unbedingt, wie oben an- 35 tronen-Volta-Effekt immer dann, wenn der Übergang gegeben, eine rechteckige Wellenform aufweisen. von dem pulsierenden Elektronenstrahl 16 abgetastet Nimmt der pulsierende Elektronenstrahl jedoch die wird, eine pulsierende Spannung induziert und diese Form einer Sinuswelle an, so ergeben sich erhebliche pulsierende Spannung wird über den Impulstrans-Schwierigkeiten, stets eine Wellenform zu erhalten, formator 17 in den abgestimmten Verstärker 18 einwie sie in F i g. 3 a dargestellt ist, die völlig frei ist 40 gespeist, der nur die Impulskomponente mit der Imvon jeder Wechselstromkomponente, da normaler- pulsfrequenz 1 kHz verstärkt. In diesem Falle hat die weise eine Driftänderung od. dgl. im Ausgangssignal induzierte Spannung eine pulsierende Wellenform, des Impulsgenerators 20 und gewöhnlich unvermeid- deren Amplitude wegen des Umstandes, daß ihr die bar eine in der in F i g. 3 b dargestellten Weise über- Vorgleichspannung überlagert ist, variiert. Da der lagerte Gleichstromkomponente E auftritt. Das Auf' 45 abgestimmte Verstärker 18 jedoch den Abstimmkreis treten einer solchen Gleichstromkomponente E führt an seiner Eingangsseite hat, der lediglich den Durchunvermeidlich zur Erzeugung eines Rauschens in- gang einer Wechselstromkomponente gestattet, wird folge von Thermospannungen, wie dies bereits oben nur eine solche Wechselstromkomponente in dem herausgestellt worden ist. Um die mit der Sinuswelle Verstärker 18 und anschließend einer synchronen verbundene Gleichspannungskomponente zu unter- 50 Gleichrichtung durch den phasenempfindlichen drücken, muß eine Gleichvorspannung umgekehrter Demodulator 19 unterworfen, der sie als pulsieren-Polarität geschaffen und in Abhängigkeit von der des Signal abgibt. Die für die Modulation des Elek-Änderung der Sinusspannung variiert werden. In- tronenstrahles benutzten Impulse aus dem Impulssofern ist eine rechteckige Wellenform, wie sie in der generator 20 werden genutzt, um in solcher Weise Fig. 3c dargestellt ist, bevorzugt, da sich die oben 55 ein Signal für die . synchrone Gleichrichtung zu beschriebene Gleichstromkomponente dann ohne schaffen, daß aus den Impulsen nur eine sinusweiteres zu Null machen läßt, indem man die Vor- förmige Komponente abgeleitet und durch den spannung lediglich entsprechend der Änderung in Phasenschieber 21 an den phasenempfindlichen dem Spitzenwert E2 der rechteckigen Wellenform in Demodulator 19 weitergegeben wird. . passender Weise einregelt. : 60 r Mit der obigen Anordnung läßt sich die an das given frequency of 1 kHz is limited and that it is assumed, for the sake of example, that the object instead of any other suitable frequency is a semiconductor device that can be freely selected. Likewise, the pulsating pn junction needs to have. Then the electron beam does not necessarily have a rectangular waveform, as above, an electron-volta effect whenever the transition occurs. scanned by the pulsating electron beam 16 If the pulsating electron beam, however, a pulsating voltage is induced and this form of a sine wave, the result is considerable pulsating voltage 18 as shown in FIG. 3 a is shown, which is fed completely freely 40, which amplifies only the pulse component with the Im of each alternating current component, since normal pulse frequency 1 kHz. In this case, the example has od a drift change. Like. In the output signal voltage induced a pulsating waveform, the pulse generator 20 and usually unavoidable whose amplitude due to the fact that it the bar g in a in F i. 3 b is superimposed on pre-DC voltage shown, varies. Since the stored direct current component E occurs. The on '45 tuned amplifier 18, however, the tuning circuit contact of such a DC component E leads at its input side, has merely the through Inevitably for generating a noise in-gear of an AC component allows, is due to thermal stresses as already described above, only one such AC component in which has been exposed . In order to push the rectification through the phase sensitive to the sine wave amplifier 18 and then a synchronously connected DC component, a DC bias must be subjected to reverse demodulator 19, which creates it as a pulsating polarity and emits it as a function of the signal. The for the modulation of the Elek change the sinusoidal voltage can be varied. In- tron beam used pulses from the impulse insofar as a rectangular waveform, as it is used in the generator 20, is shown in such a manner in FIG. synchronous rectification of the direct current component described without creating that from the pulses only a sinusoidal component can be made to zero by deriving the pre-shaped component and passing through the voltage only according to the change in phase shifter 21 to the phase-sensitive peak value E 2 of the rectangular waveform is passed on in demodulator 19. . adjusts appropriately. : 60 r With the above arrangement, the
Anschließend wird der pulsierende Elektronenstrahl Objekt 6 angelegte Gleichvorspannung auf der 16 durch die Ablenkeinrichtung 5 synchron zu der Detektorseite vollständig ausschalten, und da die inAbtastung auf dem Oszilloskop 11 entlang zweier . duzierte Spannung durch die sinusförmige Kompo-Dimensionen abgelenkt und tastet auf diese Weise das nente in den Impulsen für die Stranimodulation einer Objekt 6 ab. Die Ablenkeinrichtung 5 ist so auf- 65 synchronen Gleichrichtung unterworfen wird, kann gebaut, daß sie als elektrisches Ablenksystem an dem Übergang ein Signal der gleichen Polarität arbeitet, mit dem das Ablenksignal für das Oszillo- wie die induzierte Spannung festgestellt werden. Daskop 11 nach Verstärkung durch den Gleichstrom- her kann auf dem Oszilloskop 11 ein Abtastbild er-Subsequently, the pulsating electron beam object 6 will completely switch off applied DC bias voltage on the 16 by the deflection device 5 synchronously with the detector side, and since the scanning on the oscilloscope 11 along two. The induced voltage is deflected by the sinusoidal component dimensions and in this way scans the component in the pulses for the strand modulation of an object 6 . The deflection device 5 is subjected to synchronous rectification and can be constructed in such a way that it operates as an electrical deflection system at the junction with a signal of the same polarity with which the deflection signal for the oscilloscope and the induced voltage are determined. After amplification by the direct current, the scope 11 can generate a scan image on the oscilloscope 11.
halten und der angestrebte Zweck dann erreicht werden, wenn der Schalter 28 geschlossen ist und das pulsierende Signal, nachdem es der synchronen Gleichrichtung unterworfen worden ist, zur Bewirkung der Intensitätsmodulation für das Oszilloskop 11 herangezogen wird. Das Intensitätsmodulationssystem für das Oszilloskop 11 gehört nicht zu der bisher bekannten Bauart mit Gleichstrommodulation, wie sie z. B. auf Seite 1476 in »Japan Applied Physics«, Nr. 36 von 1965 beschrieben ist, sondern zu einer Bauart mit Wechselstrommodulation, wie sie beispielsweise in dem Buch von G. Parr und O. H. Davie »The Cathode-ray Tube and its Applications«, das von der Reinhold Publishing Corporation, New York, 1959 veröffentlicht worden ist, auf Seite 222 beschrieben ist, da das der synchronen Gleichrichtung unterworfene Signal an dem Schalter 9 eine pulsierende Wellenform mit einer Frequenz von 1 kHz aufweist. Auf diese Weise ist ein universelles Oszilloskop, das früher in der Technik allgemein üblich war, hinreichend brauchbar für den angestrebten Zweck.hold and the intended purpose can be achieved when the switch 28 is closed and that pulsating signal after it has been subjected to synchronous rectification to effect the intensity modulation for the oscilloscope 11 is used. The intensity modulation system for the oscilloscope 11 does not belong to the previously known type with direct current modulation, how they z. B. is described on page 1476 in "Japan Applied Physics", No. 36 from 1965, but to a type with alternating current modulation, as for example in the book by G. Parr and O. H. Davie "The Cathode-ray Tube and its Applications," published by Reinhold Publishing Corporation, New York, 1959, is described on page 222 as that of the synchronous Rectified signal at the switch 9 has a pulsating waveform with a Has a frequency of 1 kHz. In this way is a universal oscilloscope that used earlier in the art was common, sufficiently usable for the intended purpose.
Die obige Beschreibung bezieht sich auf die Gewinnung eines Abtastbildes aus einer in dem Objekt durch den Elektronen-Volta-Effekt induzierten Spannung. In ähnlicher Weise kann man, falls der Ermittlung ein Objektstrom oder ein in das Objekt fließender Elektronenstrom zugrundeliegt, die Arbeitsweise so treffen, daß nur eine Wechselstromkomponente aus dem Objektstrom herausgegriffen und anschließend verstärkt wird. Bei dieser Arbeitsweise läßt sich ein Rauschen bei anderer Frequenz als der Signalfrequenz von 1 kHz vollständig unterdrücken, und die Erkennungsempfindlichkeit kann erheblich verbessert werden. Analog läßt sich im Falle einer Erkennung von reflektierten Elektronen und Sekundärelektronen eine Schaltung gleicher Bauart wie die oben beschriebene in Verbindung mit dem Detektor 7 verwenden, der ein Photovervielfacher sein kann, da sein Ausgangssignal ein Wechselstromsignal ist. Auch läßt sich eine Alternativanordnung verwenden, bei der ohne die synchrone Gleichrichtung und andere Operationen das ermittelte Wechselstromsignal lediglich gleichgerichtet wird, um ein Gleichstromsignal zu erhalten, und zur Erzielung der Intensitätsmodulation für das Oszilloskop 11 kann ein Gleichstrommodulationssystem Verwendung finden. Dazu kann das Operationssystem zur Anpas-. sung an den angestrebten Zweck in passender Weise abgeändert werden.The above description relates to the extraction of a sample image from one in the object voltage induced by the electron volta effect. Similarly, if the Determination of an object current or an electron current flowing into the object is based on the working method hit in such a way that only an alternating current component is picked out from the object current and then reinforced. In this mode of operation, noise can be heard at a different frequency than the signal frequency of 1 kHz completely, and the detection sensitivity can be can be significantly improved. In the case of a recognition of reflected electrons and secondary electrons a circuit of the same type as that described above in connection with the Use detector 7, which can be a photomultiplier, since its output is an AC signal is. An alternative arrangement can also be used in which the synchronous rectification is not used and other operations the detected AC signal is only rectified to a To obtain a direct current signal, and to achieve the intensity modulation for the oscilloscope 11 can a DC modulation system can be used. For this purpose, the operating system can be adapted. The solution to the intended purpose can be appropriately modified.
In Verbindung mit dem obigen Falle kann das Diffusionspotential beispielsweise an einem p-n-Übergang durch eine vorwärtsgerichtete Vorspannung eliminiert werden, um die infolge des Elektronen-Volta-Effektes induzierte Spannung zu Null zu machen. Dadurch wird es möglich, das Diffusionspotential auf der Grundlage des Wertes einer solchen Vorspannung zu messen. Zu diesem Zwecke kann eine Gleichvorspannuhg, von der Gleichvorspannungsquelle 15 an das Halbleiterobjekt 6 angelegt werden, um die oben erwähnte vorwartsgerichtete Vorspannung zu erzeugen, die an dem Voltmeter 25 abgelesen werden kann. Wenn gleichzeitig das Abtastbild auf dem Oszilloskop 11 so lange beobachtet wird, bis das Beobachtungsergebnis an diesem Abtastbild anzeigt, daß die induzierte Spannung zu Null gemacht ist, so zeigt die Ablesung des Voltmeters 25 in diesem Augenblick den Wert des Diffusionspotential an, und auf diese Weise läßt sich das Diffusionspotential ohne weiteres messen.In connection with the above case, the diffusion potential can, for example, at a p-n junction can be eliminated by a forward bias voltage, which is caused by the electron volta effect to make induced voltage zero. This makes it possible to determine the diffusion potential on the basis of the value of such Measure preload. For this purpose, a DC bias can be used from the DC bias source 15 can be applied to the semiconductor object 6 in order to achieve the above-mentioned forward direction Generate bias voltage that can be read on the voltmeter 25. If at the same time the scanned image is observed on the oscilloscope 11 until the observation result on this scan image indicates that the induced voltage has been made zero, the voltmeter reading shows 25 at this moment the value of the diffusion potential, and in this way it can be Measure diffusion potential easily.
Weiter läßt sich im Falle eines solchen Halbleiterobjektes sein spezifischer Widerstand messen, indem man die Anordnung so trifft, daß nur die induzierte Spannung ermittelt wird, ohne daß die oben erwähnte Vorgleichspannung angelegt wird. Wie allgemein bekannt, ist es sehr bedeutsam für die Verbesserung der Eigenschaften und der Gleichförmigkeit einer Einrichtung, wie beispielsweise eines aus Halbleitermaterial hergestellten Transistors, seinen spezifischen Widerstand und dessen Verteilung in dem Halbleitermaterial zu kennen.In the case of such a semiconductor object, its specific resistance can also be measured by the arrangement is made in such a way that only the induced voltage is determined without the above-mentioned one Pre-DC voltage is applied. As is well known, it is very important for improvement the properties and uniformity of a device such as one from Semiconductor material made transistor, its specific resistance and its distribution in to know the semiconductor material.
Die induzierte Spannung V, die an der Probe 6 infolge des Elektronen-Volta-Effektes erscheint, wenn der Elektronenstrahl die Probe in Richtung ihrer ΛΓ-Achse ohne Anliegen einer Gleichvorspannung abtastet, läßt sich durch die GleichungThe induced voltage V, which appears on the sample 6 as a result of the electron-volta effect when the electron beam scans the sample in the direction of its ΛΓ-axis without the application of a DC bias, can be given by the equation
AVAV
ausdrücken, in der IB der Elektronenstrom, r der Widerstand zwischen dem Punkt des Elektronenbombardements und einem geerdeten Punkt und Δ V die elektromotorische Kraft sind, die sich aus den durch die Bombardierung in der Halbleiterprobe erzeugten Elektronen und Löchern entwickelt und proportional ist der Verteilung des spezifischenexpress, in which I B is the electron current, r is the resistance between the point of electron bombardment and a grounded point, and Δ V is the electromotive force developed from the electrons and holes generated by the bombardment in the semiconductor sample and is proportional to the distribution of the specific
Widerstandes ~~- in der Halbleiterprobe. DeshalbResistance ~~ - in the semiconductor sample. That's why
läßt sich die Beziehung V^AV erhalten, wenn IB allein ohne Verminderung der Strahlenenergie des Elektronenstrahles hinreichend klein gemacht werden kann. Damit wird verständlich, daß sich eine dem spezifischen Widerstand ρ proportionale Größe durch Integrieren des obigen Wertes von V erhalten und der spezifische Widerstand der Halbleiterprobe dadurch ohne weiteres messen läßt.the relationship V ^ AV can be obtained if I B alone can be made sufficiently small without reducing the radiation energy of the electron beam. It can thus be understood that a quantity proportional to the specific resistance ρ can be obtained by integrating the above value of V , and thereby the specific resistance of the semiconductor sample can be easily measured.
Erfindungsgemäß wird der Elektronenstrahl in der oben beschriebenen Weise pulsiert und daher jeglicher ungünstiger Einfluß der sich aus dem Elektronenbombardement ergebenden Thermospannung vollständig ausgeschaltet. Demzufolge läßt sich an der Ausgangsseite des phasenempfindlichen Demodulators 19 ein Interator 26 anbringen, der Schalter 28 kann in seine Offenstellung gebracht werden und der. Schalter 29 geschlossen um das Ausgangssignal des Integrators 26 in das Oszilloskop 11 zu dessen Intensitätsmodulation einzuspeisen. Durch diese Betriebsweise läßt sich die Verteilung des spezifischen Widerstandes in der Halbleiterprobe 6 in zweidimensionaler Weise beobachten.According to the invention, the electron beam is pulsed in the manner described above, and therefore any unfavorable influence of the thermal voltage resulting from the electron bombardment completely switched off. As a result, on the output side of the phase-sensitive demodulator 19 attach an interator 26, the switch 28 can be brought into its open position and the. Switch 29 closed to the output signal of the integrator 26 in the oscilloscope 11 to the To feed in intensity modulation. This mode of operation allows the distribution of the specific Resistance in the semiconductor sample 6 in two-dimensional Watch wise.
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