DE2921151C2

DE2921151C2 - Vorrichtung zum Nachweis von in einem Abtast-Elektronenstrahlmikroskop von einer Probe ausgehenden Rückstreuelektronen

Info

Publication number: DE2921151C2
Application number: DE2921151A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Prof. Dr. 4400 Münster Reimer
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1979-05-25
Filing date: 1979-05-25
Publication date: 1982-12-02
Also published as: GB2050689B; US4308457A; GB2050689A; DE2921151A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis von in einem Abtast-Elektronenstrahlmikroskop von einer Probe ausgehenden Rückstreuelektronen mit einem Konverter zur Umwandlung der Rückstreuelektronen in Sekundärelektronen und einem Sekundärelektronendetektor.

In einem Abtast-Elektronenstrahlmikroskop wird die zu untersuchende Probe mit einem Elektronenstrahl beaufschlagt. Dabei werden zum einen aus der Probe niederenergetische Sekundärelektronen ausgelöst. Zum anderen wird ein größerer Teil der auftreffenden Elektronen mit geringem Energieverlust an der Probe gestreut. Diese Rückstreuelektronen erzeugen ihrerseits beim Auftreffen auf Wände oder andere Teile der Objeklkammer oder Wiederauftreffen auf die Probe Sekundärelektronen, die von einem Sekundärelektronendetektor gemeinsam mit den aus der Probe primär ausgelösten Sekundärelektronen nachgewiesen werden. Von den Rückstreuelektronen selbst werden durch den Detektor nur diejenigen nachgewiesen, die in Richtung des Detektors gestreut werden.

Da die aus der Probe ausgelösten Sekundärelektronen und die an der Probe gestreuten Rückstreuelektronen unterschiedliche Informationen über die Probe enthalten, wurden Versuche unternommen, um beide getrennt voneinander und möglichst vollständig nachzuweisen. Eine dafür teilweise geeignete Vorrichtung der eingangs genannten Art wird in Scanning Electron Microscopy (1978) Vol. 1. Seiten 303 bis 310 beschrieben.

Zur Trennung der aus der Probe ausgelösten Sekundärelektronen von den Rückstreuelektronen wird dabei die Probe mit einem Abschirmnetz versehen. Ein an das Abschirmnetz gelegtes negatives Potential hält die niederenergetischen Sekundärelektronen zurück. Die höherenergetischen Rückstreuelektronen treten durch das Abschirmnetz hindurch und lösen beim Auftreffen auf die Kammerwandungen und insbesondere an dem der Probe benachbarten Polschuh der Elektronenoptik Sekundärelektronen aus. Ein vor dem Sekundärelektronendetektor befindliches postitives Potentialfeld saugt diese Sekundärelektronen in den Detektor hinein. Es wurde auch beschrieben, die Zahl

ι ? der von den Rückstreuelektronen erzeugten Sekundärelektronen durch Anordnung einer Platte mit hohem Sekundärelektronen- Emissionskoeffizienten vor den Polschuhen der Elektronenoptik zu erhöhen. Zusätzlich soll durch besondere Formgebung dieser Ebktronen-Konversions-Platte dafür gesorgt werden, daß möglichst alle Sekundärelektronen durch den Detektor erfaßt werden. Diese bekannten Vorrichtungen erlauben zwar einen getrennten Nachweis der Rückstreuelektronen durch erhöhte Umwandlung in Sekundärelektronen, es ist aber nicht möglich, auch die an der Probe erzeugten Sekundärelektronen getrennt von den Rückstreuelektronen zu messen.

Die an der Prt.be erzeugten Sekundärelektronen können zusammen mit den Rückstreulektronen nachge-

jo wiesen werden, wenn das Abschirmnetz über der Probe geerdet wird oder ein schwach positives Potential erhält. Dabei ist aber zu beobachten, daß die in dem primären Sekundärelektronenstrom enthaltene Information von dem durch Konversion erzeugten Sekundärelektronenstrom überdeckt wird.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die Vorteile beim Nachweis der Rückstreuelektronen durch Angabe eines besonders geeigneten Konverters weiter zu verbessern und gleichzeitig die Möglichkeit zu schaffen, die an der Probe ausgelöst Sekundärelektronen getrennt von den durch Konversion der Rückstreuelektronen erzeugten Sekundärelektronen nachzuweisen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch einen Konverter gelöst, der mit einem kristallinen Material niedriger Ordnungszahl und geringer elektrischer Leitfähigkeit beschichtet und dem ein elektrischer Leiter zur Erzeugung eines ihn übergreifenden Potentialfeldes zugeordnet ist.

Als Beschichtungsmaterial hat sich dabei Magnesiumoxid als besonders vorteilhaft erwiesen. Ein Konverter •>us einer metallischen Trägerplatte mit aufgedampfter Magnesiumoxid-Schicht hat sich besonders bewährt.

Der Konverter kann an der metallischen Trägerplatte mit einem Anschluß zum Anlegen einer Spannung versehen sein. Der elektrische Leiter wird zweckmäßigerweise als Netz ausgebildet, das die Konverterfläche überdeckt und über einen elektrischen Isolator am Rand des Konverters befestigt ist.

Auch kann der Konverter mehrteilig ausgebildet sein, wobei die einzelnen Teile unterschiedlichen Riickstreu-Raumwinkclbereichen zugeordnet sind.
Aus der präparativen Technik der Elektronenmikroskopie ist es bekannt, die Proben mit Gold zu bedampfen, da dieses als guter elektrischer Leiter elektrostatische Aufladungen vermeidet und außerdem gute Sekundärelektronenausbeute liefert. Die Versuche zur Entwick-

lung eines Riickstreu^tckironen-Konverters mit erhöhter Konversionsrate haben demgegenüber ergeben, daß eine Goldbcdampfung völlig unbrauchbar ist und daß man ein Element oder eine Verbindung mit niedriger Ordnungszahl zu wählen hat. Überraschenderweise hat sich dabei herausgestellt, daß mögliche elektrostatische Aufladungen die Nachweisempfindlichkeii des Ar:>rd i;ur.g nicht beeinträchtigen. Als zusätzlicher, nicht vorhersehbarer vorteilhafter Effekt konnte darüber hinaus beobachtet werden, daß durch die Beschichtung der erfinriungsgemäßen Vorrichtung diese über große Encrgit-bei ■ :c"ie der Rückstreuelektronen eine konstante Konversionsrate aufweist. Die kristalline Struktur der Magnesiumoxidschicht verringert außerdem das Rückstreuverhalten der Konvcrterplatte, so daß weniger doppelt gestreute Elektronen auftreten. Durch die Anordnung des elektrischen Leiters mit einem geeigneten Potential vor dem Konverter kann wahlweise der Beitrag dür Rückstreuelektronen zum Detektorsignal unterdrückt werden, so daß ein wesentlich verbesserter Nachweis der an der Probe ausgelösten Sekundärelektronen möglich ist.

Die Aufteilung des Konverters in mehrere '.-nabhängig voneinander wirksame Teile ermöglicht eine Richtungsdiskriminierung der Rückstreuelektronen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt. Es wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 Aufbau und Anordnung des Konverters in einem Abtast-Elektronenstrahlmikroskop und

F i g. 2 eine Aufsicht auf den Konverter.

In F i g. 1 liegt eine elektronenoptisch zu untersuchende Probe 10 auf einem gegenüber der optischen Achse Il des Abtast-Elektronenstrahlmikroskops kippbaren Probenhalter 12. Über der Probe 10 ist ein Abschirmnetz 13 angebracht, das über einen Isolator 14 mit dem Probenhalter 12 verbunden ist. An das Abschirmnetz 13 kann über einen Anschluß 15 eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen werden.

Der Probe <0 gegenüber befindet sich ein Polschuh 16 einer nicht weiter dargestellten Elektronenlinse. Der Elektronenstrahl tritt durch eine Bohrung 17 hindurch. Auf den Polschuh 16 ist ein Haltering 18 aus einem isolierenden Werkstoff geschoben, in den eine Konverterplatte 19 eingelegt ist.

Der Half?ring 18 ist in Fig. 2 in der Aufsicht dargestellt. Er weist im Zentrum eine Öffnung 17' zum Durchtritt des Elektronenstrahls auf. Der zentrale Ring 20 um diese öffnung herum wird beispielsweise über Stege 21 in dem Haltering * 8 getragen.

Die Konverterplatte 19 ist durch eine isolierende Scheibe 22 gegenüber den Polschuh 16 elektrisch isoliert. Auf der der Probe 10 zugewandten Seite ist die Konverterplatte 19 mit Magnesiumoxid beraucht, das sich als dünne kristalline Schicht auf der z. B. aus Messing bestehenden Trägerplatte niedergeschlagen hat. Die Konverterplatte ist mit einem Anschluß 23 zum Anlegen einer Spannung versehen.

Über den Haltering 18/20 ist ein Abschirmnetz 24 gespannt, das ebenfalls mit einem Anschluß 25 zum Anlegen einer Spannung verschen ist. Das Abschirmnetz 24 besteht beispielsweise aus einem feinmaschigen Drahtgewebe, das in Abhängigkeil vom Potential der Konvertcrplatte aber auch grobmaschig oder als einfacher Ring ausgebildet sein kann.

Unterhalb der ProLe 10 ist ein weiterer Konverter angeordnet, der im Aufbau dem unter dem Polschuh 16 angebrachten gleicht und in dem gleiche Teile gleich bezeichnet sind. Der Sekundärelekironendetektor 26 weist einen bekannte; Aufbau :.··ιί und S--. ;.■.;, rnuieiiiem F.lektronenaufnahmetei! dargestellt. Ein Netz 17, di.

.jber einen Anschluß 28 mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden ist, erzeugt ein Potential- uid, das d;j an der Probe und der Konvexer; Ltte ausgelösten Elektronen auf einen Szintillator 29 leitet Für die Messung der an der Probe 10 rükgestreuten

ίο Elektronen unabhägig von den direkt ausgelösten Sekundärelektronen wird das Abschirmnetz 13 gegenüber der Probe 10 auf ein negatives Potential gelegt. Die Konverterplatte 19 erhält ein negatives Potential gegenüber dem Abschirmnetz 24, das zweckmäßigerweise geerdet wird, ebenso wie die Probe 10. Wenn das Abschirmnetz 24 geerdet ist, besitzt es dasselbe Potential wie die zentrale Durchführung 17 im Polschuh 16. Da das Abschirmnetzt 24 außerdem auch die Randbereiche der Konverterplatte 19 überspannt, greift deren Potentialfeld nicht in den Strahlbereich des primären Elektronenstrahls ein, so daß dessen Fokussierung durch diese Anordnung nicht gestört wird.

Die Konverterplatte unterhalb des rOlschuhs 16 erfaßt einen großen Raumwinkel der Rückstreuelektronen in Rückwärtsrichtung und ist daher besonders für die Abbildung des Materialkontrastes geeignet.

Durch die Anordnung des Abschirmnetzte 24 über der Konverterplatte 19 ist es nunmehr auch möglich, die an der Probe 10 ausgelösten Sekundärelektronen

;o unabhängig von den Rückstreuelektronen nachzuweisen. Dazu wird das Netz 13 über der Probe 10 auf ein positives Potential gelegt und außerdem die Konverterplatte 19 ebenfalls positiv gegenüber dem weiterhin geerdeten Abschirmnetz 24 geschaltet. Dadurch werden die von den Rückstreuelektronen an der Konverterplatte 19 erzeugten Sekundärelektronen zurückgehalten. Wegen des geringen Rückstreukoeffizienten der Magnesiumoxidschicht werden aber auch weniger Rückstreuelektronen, die durch das Abschirmnetz 24

•to hindurchtreten und an Kammerwandungen Sekundärelektronen auslösen könnten an der Konverterplatte zum zweiten Mal gestreut.

In einer dritten Betriebsweise können sowohl die an der Konverterplatte 19 unterhalb des Polschuhs 16

■•5 erzeugten Sekundärelektronen als auch die an der Probe erzeugten Sekundärelektronen i". der bereits beschriebenen Weise unterdrückt und nur die an der seitlich unterhalb der Probe angeordneten Konverterplatte erzeugten Sekundärelekironen nachgewiesen werden. Diese Konverterplatte erfaßt bei geneigter Probe die vorwärts gestreuten Elektronen und ist daher besonders zur Messung des Topographiekontrastes geeignet.

Im Hinblick auf eine Hichtungssclektion der Rückstreuelektronen ist es besonders vorteilhaft, wenn die unterhalb des Potschuhs 16 angeordnete Konverterplatte 19 in mehrere Segmente aufgeteilt wird, die hinsichtlich der Durchlässigkeit für die erzeugten Sekundärelektronen durch Anlegen unterschiedlicher Potentiale unabhän<>ig einschaltbar sind. Dazu könnten zum Beispiel in die in F i g. 2 dargestellten Felder des Hälteringes 18 einzelne Konverterplntten eingelegt werden, die jeweils mit Anschlüssen Zi zum gttrenn'en Anlegen einer Spannung verschen sind. Die Felder

^h> könnten selbstverständlich muh ;itis konzentrischen Ringen b*.vi hen oder eine Kombination «us Segirc-fcii und Ringen darstellen.

Für einen hcrstclhinestcehnisch sünstiyen Aufbau der

Konverlerplatte hat sich die Verwendung der für Ijn/elfelder aufgeteilt werden, die jeweils eigene gedruckte Schaltkreise vorgesehenen flatten als sehr /uleiumgsbahnen bestt/en. Auf die so vorbereitete wirteilruift erwiesen. Diese !'Litten bestehen aus einem Konverterplatte wird die konversionssleigernde Hefesten, elektrisch isolierenden Trager mit einer Kupfer- Schichtung atifgebrach;. Am Rand der isolierenden beschichtung. Diese Kufperbeschichtimg kann mit Hilfe - Trägerplatte kann nach l'ntfernung angrenzender photographischer Ät/.techniken in beliebig geformte Kupferschn hien das Abschirmnet/ befestigt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Nachweis von in Abiasi-Elektronenstrahlmikroskopen von einer Probe ausgehenden Rückstreuelektronen mit einem Konverter zur Umwandlung der Rückstreuelektronen in Sekundärelektrcnen und einem Sekundärelektronendetektor, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter (t9) mit einem kristallinen Material niedriger Ordnungszahl und geringer elektrischer Leitfähigkeit beschichtet ist und daß dem Konverter (19) ein elektrischer Leiter zur Erzeugung eines den Konverter (19) übergreifenden Potentialfeldes zugeordnet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial Magnesiumoxid ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter (19) aus einer metallischen Trägerplatte mit aufgedampfter Magnesiumoxfdschicht besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter (19) an der metallischen Trägerplatte mit einem Anschluß (23) zum Anlegen einer Spannung versehen ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch? Leiter als Netz (24) ausgebildet ist, daß die Konverterfläche überdeckt und über einen elektrischen Isolator (18, 20) am Rand des Konverters befestigt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Konverter (19) mehrteilig ausp^bildet ist, wobei die einzelnen Teile unterschiedlichen Rückstreu-Raumwinkelbereichen zugeordnet sird.