DE3412715A1

DE3412715A1 - Elektronenmikroskop

Info

Publication number: DE3412715A1
Application number: DE19843412715
Authority: DE
Inventors: Syobu Mito Saito
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-04-04
Filing date: 1984-04-04
Publication date: 1984-10-11
Also published as: JPH0129302B2; US4588891A; GB2139455A; JPS59184440A; GB2139455B; GB8408516D0; DE3412715C2

Description

β \* W ·- W V

Wv-

* 4

J4 I Z /

Hitachi Ltd. 4. April 1984

6, Kanda Surugadai 4-chome
Chiyoda-ku, Tokyo, Japan ^{A 5394} A¹Z¹V

Beschreibung

Elektronenmikroskop 10

Die Erfindung betrifft ein Elektronenmikroskop des Abtast- bzw. Zerlegungstypes mit einer Feldemissions-(FE)-Elektronenkanone und insbesondere einen Schaltkreis zum Korrigieren der laufenden Änderung eines Elektronenstrahles in einem FE-Abtastelektronenmikroskop. Das Korrigieren eines Detektorsignales in dem Elektronenmikroskop ist in der US-PS 3 783 281 beschrieben.

Da die Helligkeit, die von einer FE-Elektronenkanone geschaffen ist, hoch ist und eine Größe einer Elektronenquelle klein ist, wo die FE-Elektronenkanone in einem abtastenden Elektronenmikroskop verwendet wird (nachfolgend als SEM) ergeben sich solche Merkmale, daß wesentlich die Leistung und das Auflösungsvermögen des SEM verbessert wird und eine längere Haltbarkeit im Vergleich mit einem

Wolframfaden geschaffen wird, welcher erhitzt werden muß. Jedoch hat die Spitze der Elektronenquelle in einer FE-Elektronenkanone einen Radius von 1000 bis 2000 8 R, und der zu emittierende Elektronenstrahlstrom ist im Grunde aufgrund des Vorhandenseins von Gasen in der Nähe

° der Kathode und der Wärmeschwankung unstabil, so daß er eine Variation bzw. Schwankung von ungefähr 5 bis 20%

,a. 9.

aufweist. Aufgrund dieser Tatsache weist ein herkömmliches FE-SEM einen Schaltkreis zum Erfassen der Änderung in diesem Primärelektronenstrahl und zum Korrigieren der Änderungskomponente des primären Elektronenstrahles auf, welcher in dem Ausgangssignal der Erfassung des sekundären Elektronenstrahles von einer Probe eingeschlossen ist. Dieser Schaltkreis schafft eine ausreichende Korrekturwirkung in den Fällen, in denen eine Beschleunigungsspannung für den primären Elektronenstrahl ein fest-LO stehender Wert, z.B. 5 kV oder 20 kV oder in einem engen variablen Bereich ist, beispielsweise 10 bis 30 kV, und wo eine Quanität des Primärelektronenstrahles so gering wie beispielsweise 5 uA oder geringer ist.

L5 Andererseits erfordert beim Beobachten und Analysieren verschiedener Materialien die Beschleunigungsspannung einen weiten Bereich von 0,1 bis 50 kV (nahezu das 500fache dazwischen), und eine Strommenge des Elektronenstrahles erfordert ebenfalls einen Steuerbereich von nicht größer als 5 nk bis nicht geringer als 50 uA, d.h. einen variablen Bereich vom 10fachen oder darüber gemäß der Ausführspannung. Da eine Änderungsgröße des Stromes des primären Elektronenstrahles im Verhältnis zu einem Anstieg des FE-Stromes zunimmt, ist das Verarbeitungssystem mit dem höheren Grad an Änderungskorrekturgenauigkeit erforderlich. Zusätzlich wird es gefordert, daß der ausreichende Änderungskorrektureffekt im gesamten obengenannten Änderungsbereich vom 500fachen erreicht wird. Jedoch wurde als Ergebnis der Forschung gefunden,

SQ daß ein herkömmliches Korrekturprozeßsystem einer solchen Anforderung nicht Rechnung tragen kann. Insbesondere verursachen die Änderungen der Beschleunigungsspannung und des FE-Stromes eine Änderung der Position der virtuellen Elektronenquelle bei der Annahme, daß der Elek-

°° tronenstrahl von einem Punkt in der Elektronenkanone emittiert wird. Bei dem herkömmlichen Änderungsprozeß-

\ L I

AO.

system wird bei erheblichem Ändern der virtuellen Position der Elektronenquelle der ausreichende Korrektureffekt nicht erzielt.

Demzufolge ist ein Gegenstand der Erfindung ein Elektronenmikroskop des Abtasttypes, so daß selbst dann, wenn die Position einer virtuellen Elektronenquelle beachtlich geändert wird, ein ausreichender Korrektureffekt des Elektronenstrahlstromes erhalten wird. 10

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:
15

Fig. 1 schematisch ein Konzeptdiagramm eines

herkömmlichen FE-SEM₉

Fig. 2 ein Schaubild, wobei das Ablenken des

primären Elektronenstrahles aufgrund

der Wirkung elektrostatischer Linsen der ersten und zweiten Anoden und der Position S- oder S~ einer virtuellen Elektronenquelle gezeigt ist, 25

Fig. 3 ein Diagramm, wobei die Beziehung

zwischen der Beschleunigungsspannung V^ und dem Abstand S von der Spitze einer Elektronenquelle zu der virtuel^ow len Quelle gezeigt ist,

Fig. 4 schematisch ein Konzept einer Ausfüh

rungsform gemäß Erfindung,

Fig. 5 ein Konzeptdiagramm einer anderen

Ausführungsform gemäß Erfindung,

:"=L· ■:"::.:. "X:.:. 341271b

Fig. 6 und 7 Schaubilder, welche die Meßergebnisse

zeigen,

Fig. 8 und 9 Diagramme weiterer Ausführungsformen, 5

Fig. 10 und 11 Schaubilder mit den Meßergebnissen.

Vor Beschreibung einer Ausführungsform gemäß Erfindung wird zunächst ein Beispiel eines herkömmlichen FE-SEM beschrieben. In Fig. 1 ist ein Beispiel eines herkömmlichen FE-SEM gezeigt. Eine FE-Elektronenschleuder bzw. FE-Elektronenkanone wird von einer Kathode 1, einer ersten Anode 2 und einer zweiten Anode 3 gebildet, wobei Spannungen von einer Hochspannungsquelle 18 an jede Elektrode angelegt werden. Eine Elektronenausführspannung V- ist zwischen Kathode 1 und erster Anode 2 angelegt, so daß die Elektronen von der Kathode 1 feldemittiert werden können. Diese emittierten Elektronen werden von einer Beschleunigungsspannung V_Q beschleunigt, die zwischen der

!0 Kathode 1 und der zweiten Anode 3 angelegt ist, und sie werden einer der primären Elektronenstrahlen 4 - 4 in Abhängigkeit von einem Wert für V_Q. Der beschleunigte Elektronenstrahl wird als Mikrosonde 10 auf eine Probe 9 von einer ersten Fokussierlinse 6 und einer zweiten

*5 Fokussierlinse oder Objektivlinse 7 fokussiert. Ein Signal von sekundären Elektronen 10', das zu dieser Zeit von der Oberfläche dieser Probe 9 erzeugt ist, wird von einem Detektor 12 erfaßt, welcher aus einem bekannten Scintillator und einem Photoelektronenvervielfacher besteht,

Ό und wird zu einem Bildschirm oder CRT (Kathodenstrahlröhre) 15 über einen Verstärker 13 und einen Korrekturschaltkreis 14 übertragen, der nachfolgend beschrieben wird.

Andererseits wird ein Ablenksignal, das mit einem an einem Ablenker des Bildschirms 15 anzulegenden Ablenk-

JA-IZ/ ID

signal synchronisiert ist, zu einem Deflektor 7^f geliefert. Dies gestattet, daß die Probe 9 zweidimensional von dem Elektronenstrahl 10 abgetastet wird, welcher diese Probe bestrahlt. Demzufolge wird ein Bild aufgrund der sekundären Elektronen der Probe 9 auf dem Bildschirm 15 angezeigt.

Die primären Elektronenstrahlen 4 - 4 , die auf der Basis der Feldemission erzeugt werden, haben normalerweise laufende bzw. Stromschvjankungen von ungefähr 5 bis 20% in Abhängigkeit von den Bedingungen des Grades betreffend Vakuum und Temperatur der Gase in der FE-Elektronenschleuder. Um diese Änderung bzw. Variation zu erfassen, ist ein Detektor 5 zum Einfangen eines Teiles des Elektronenstrahles 10 in der Nähe der Fokussierlinse vorgesehen. Dieser Detektor 5 hat ein Loch in seiner Mitte, um so lediglich den Teil nahe des Umfanges des Hauptelektronenstrahles zu erfassen, welcher als abschließende Mikrosonde 10 (microprobe) dient. Das hier erfaßte Signal wird von einem Verstärker 11 verstärkt und zu dem Signalkorrekturschaltkreis 14 gesandt, in welchem es dem Divisionsverfahren unterworfen wird, um die Wechselstromkomponente entsprechend der Änderung im primären Elektronenstrahl zu korrigieren (löschen), der in dem sekundären Elektronenstrahl 10' von der Probe eingeschlossen ist. Ein Ausgangssignal des Schaltkreises 14 wird als korrigierte' Probe zu der Anzeige 15 gesandt und dargestellt.

Bei dem obenbeschriebenen herkömmlichen Gerät kann eine ausreichende Variationskorrektur in dem Fall nicht durchgeführt werden, in welchem die Beschleunigungsspannung Vq in einem weiten Bereich von einer niedrigen Beschleunigungsspannung von ungefähr 0,1 kV bis zu einer hohen Beschleunigungsspannung von 40 - 50 kV geändert werden kann, wie dies beim Untersuchen verschiedener Materialien erforderlich sein kann mit Ausnahme des Falles, in welchem

ι ζ / ι ο

die Beschleunigungsspannung V« in einem engen Bereich von ungefähr 5 - 30 kV variiert werden kann. Weil in dem Fall, wo der variable Bereich der Beschleunigungsspannung Vq breit ist, wenn die Beschleunigungsspannung V_Q von einer niedrigen zu einer hohen Spannung geändert wird, die emittierten Elektronen schwächer abgelenkt werden, wie dies durch die Bezugsziffern 4 bis 4 angezeigt

el C

ist, und zwar aufgrund der Wirkung der elektrostatischen Linse, die von den ersten und zweiten Anoden 2 und 3

LO in der FE-Elektronenschleuder gebildet ist; dabei wird die Wirkung der elektrostatischen Linse geschaffen, wenn die Differenzspannung von (V_Q - V₁) angelegt wird. Somit wird sich eine Größe bzw. Quantität des Primärelektronenstrahles,der von dem Detektor 5 erfaßt werden kann, beachtlich gemäß den Beschleunigungsspannungsbedingungen geändert haben. Beispielsweise werden die emittierten Elektronen 4 unter der niedrigeren Beschleunigungsspannung von der zweiten Anode 3 geschnitten, so daß eine Elektronenmenge, die von dem Detektor 5 erfaßt werden kann, begrenzt ist. Andererseits werden die emittierten Elektronen 4 unter der hohen Beschleunigungsspannung zu schwach fokussiert, so daß die Elektronen schwerlich von dem Detektor 5 erfaßt werden können; demzufolge kann ein wünschenswerter Effekt mittels des Korrekturschaltkreises 14 nicht erwartet werden.

In Fig. 2 ist der Ablenkzustand des obigen Elektronenstrahles in der vergrößerten Darstellung der Elektronenschleuder gezeigt, wobei S₁ oder Sp einen Abstand von

der unteren Oberfläche der zweiten Anode 3 zu der virtuellen Elektronenquelle bezeichnet. Obwohl es in Fig.1 erläutert ist, daß wenn die Beschleunigungsspannung geändert wird, der Ablenkwinkel des Elektronenstrahles aufgrund der Wirkung der elektrostatischen Linse der

•^ ersten und zweiten Anoden variiert, kann dies als Änderung der Position der virtuellen Elektronenquelle, wie

beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist, aus einem anderen Gesichtspunkt verstanden werden, nämlich wenn es durch Begrenzen der virtuellen Elektronenquelle betrachtet

wird, d.h. ein virtueller Punkt bei Betrachtung der tatsächlichen Wirkung der elektrostatischen Linse. D.h. die Quellenposition bei der niedrigen Beschleunigungsspannung ist S-, d.h. die Elektronenquelle liegt ziemlich nahe an der Kathode 1. Dagegen liegt Sp unter hoher Beschleunigungsspannung vor, wie dies durch die unterbrochene Linie angedeutet ist, d.h. die Elektronenquelle liegt weit oberhalb der Kathode. Genau gesagt hängt die Position der virtuellen Elektronenquelle von dem Verhältnis der Beschleunigungsspannung V_n zur Ausführspannung V- ab, d.h. von R = V_nZV₁. Wenn beispielsweise die Beschleunigungs spannung kosntant ist und die Ausführspannung einhalb wird, wird der Abstand von der Spitze der Elektronenquelle zu der virtuellen Position S groß sein, während die Breite des primären Elektronenstrahles dünn wird. Im allgemeinen ist die Ausführspannung V₁ auf einen Wert zwischen 3 und kV eingestellt.

Fig. 3 zeigt eine Kurve, in welcher die Ausführspannung V₁ konstant ist, wobei auf der Abszisse die Beschleunigungsspannung V_n und auf der Ordinate der Abstand S von der Spitze der tatsächlichen Elektronenquelle zur virtuellen Elektronenquelle aufgetragen sind. Die virtuelle Quelle geht für die erzwungene bzw. verstärkte Spannung V_n zurück. Wie oben beschrieben ist, ist in dem Fall, in welchem es erforderlich ist, die Beschleunigungsspannung beträchtlich zu ändern, eine laufende Stromerfaßeinrichtung zum Durchführen der Korrektur bei Betrachtung des Ablenkzustandes des primären Elektronenstrahles aufgrund der Wirkung der elektrostatischen Linse der FE-Elektronenschleuder erforderlich, d.h. bei Betrachtung des Unterschiedes in der Position der virtuellen Elektronenquelle. Dies ist ähnlich zu dem Fall,

. ·..*: . J 4 Ml I

in welchem die Beschleunigungsspannung V_Q konstant ist und in welchem der Strom des primären Elektronenstrahles beträchtlich geändert werden muß, und zwar durch Variieren der Elektronenstrahlausführspannung V₁.

Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen erläutert.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher zusätzlich

LO zu dem Variationsdetektor 5 des Primärelektronenstrahles in der zweiten Fokussierlinse 7 ein Detektor 8 vorgesehen ist, der in seiner Mitte ein kreisförmiges Loch mit einem Durchmesser von 200 - 300 um aufweist, um zu gestatten, daß der primäre Elektronenstrahl durchtreten kann. Eine Membran bzw. Blende 16 mit einem kreisförmigen Loch eines Durchmessers von 4 mm ist zwischen den ersten und zweiten Fokussierlinsen angeordnet und dient dazu, einen Erfassungswinkel des Primärelektronenstrahles des zweiten Detektors 8 zu begrenzen. Signale, welche den beiden Teilen des primären Elektronenstrahles entsprechen, die von beiden Detektoren eingefangen und erfaßt sind, werden entsprechend durch Verstärker 11 und 11, verstärkt und zu einem Signalwähler 17 als zwei Bezugssignale für die Korrektur gesandt. Der Wähler 17 empfängt das Verhältnis R der Spannungen V₀ und V₁ von der Hochspannungsquelle 18, und wenn dieses Verhältnis größer als ein gewisser kritischer Wert R„ ist, wählt er das Bezugssignal von dem Verstärker 11_b, während sonst er das Bezugssignal von dem Verstärker 11 wählt und zu dem

Divisionskorrekturschaltkreis 14 sendet. Dieser Korrekturschaltkreis 14 umfaßt einen bekannten Log-Verstärker, einen Substraktionsschaltkreis und einen Numerusverstärker (nicht gezeigt-, anti-log amplifier) und teilt das sekundäre Elektronensignal von dem Verstärker 13 durch das Bezugssignal von dem Wähler 17 und sendet dann das so erhaltene Korrektursignal zu dem CRT .15. Aufgrund dieser

Ot ιλ / υ

Vv w * rf

Division wird die AC-Variation auf der Basis der Stromänderung des primären Elektronenstrahles, der in dem sekundären Elektronensignal eingeschlossen ist, unterdrückt oder entfernt, so daß hierdurch gestattet wird, daß die Qualität des abzutastenden und von dem CRT 15 darzustellenden Bildes verbessert wird. Die obenerwähnte Selektion wird unter Verwendung der Elektronenstrahlen 4, und 4 beschrieben.

Unter den primären Elektronenstrahlen in Fig. 4 bezeichnet die durch ausgezogene Linie dargestellte Bezugsziffer 4, den primären Elektronenstrahl, der unter geringer Beschleunigungsspannung erzielt werden soll; in diesem Fall wird der erste Detektor 5 verwendet. Der durch die unterbrochene Linie dargestellte Elektronenstrahl 4 wird unter der hohen Beschleunigungsspannung abgeleitet; in diesem Fall wird er von dem zweiten Detektor 8 erfaßt, weil die Erfassung durch den ersten Detektor 5 unmöglich ist. Demzufolge ist es für den Signalwähler 17 erforderlieh, einen der Detektoren 5 und 8 in Übereinstimmung mit der Beschleunigungsspannung zu wählen. Bei der gezeigten Vorrichtung kann der erste Detektor 5 unterhalb der Beschleunigungsspannung von 5 kV verwendet werden, während der.zweite Detektor 8 oberhalb 10 kV verwendet werden kann. Zusätzlich wird in Bezug darauf, welcher Detektor in einem Bereich von 5-10 kV verwendet wird,der Detektor, durch welchen eine bessere Korrekturprozeßwirkung für das SEM erzielbar ist, welches eingesetzt ist, unter beiden Detektoren ausgewählt und wird in dem Signalwähler

eingestellt.

In Fig. 5 ist eine andere Ausführungsform gemäß Erfindung gezeigt. Diese Ausführungsform zeigt eine weitere automatisierte Vorrichtung der in Fig. 4 gezeigten Ausbildung. Ein Komparator 19 empfängt Korrekturausgangssignale von zwei Division-Korrekturschaltkreisen 14 und 14, und dient

a b

dazu, automatisch einen Signalwähler 27 zu schalten, um

·:."·: . 341271b

so das Korrekturausgangssignal zu wählen, welches geringere AC-Schwankung bzw. -Änderung einschließt. In Fig. 4 und 5 kann der Detektor zum Anzeigen eines Teiles des primären Elektronenstrahles der Detektor sein, der in der Position nach der Blende 16 angeordnet 1St₇ oder er kann auch der Detektor 5 sein, welcher im allgemeinen als Blende bzw. Membran verwendet wird.

In Fig. 6 sind zwei Signale gezeigt, eines ist das LO Signal, von dem das von dem Sekundärelektronendetektor

12 unter der Beschleunigungsspannung von V' = 30 kV und V₁ = 5 kV zu erzielende Signal durch den Verstärker

13 verstärkt wurde; und das andere ist das Signal, von welchem das obenerwähnte Sicnal durch den Korrektions-

L5 schaltkreis 14 korrigiert ist.Sein Schwankungsbereich bzw.

die Toleranzbreite beträgt ungefähr zwischen 25 mV.

In Fig. 7 sind die beiden Signale gezeigt, von denen eines das verstärkte Signal des Verstärkers 13 bei den Beschleunigungsspannungen von V„ = 30 kV und V₁ = 5 kV ist, wobei das zweite das Signal ist, von dem das obige verstärkte Signal durch den Korrekturschaltkreis 14, korrigiert war. Die Schwankungsbreite beträgt ungefähr 5 mV.

Unter derart hohen Beschleunigungsspannungszuständen ist das letztere Korrektursignal flacher, so daß es erkennbar ist, daß der Detektor 8 anstelle des Detektors 5 auszuwählen ist.
30

Als gewöhnliches Bilddarstellungssignal wurde durch die Versuche bestätigt, daß wenn das Korrekturverfahren so durchgeführt wurde, daß es nicht größer als 10 mV ist, die Schwankung bzw. Änderung im Primärelektronenstrahl

nicht als das Ausgangssignal dargestellt wird. Demzufolge kann gesagt werden, daß die Daten nach der Korrektur

I Z / IU

in Fig. 7 die Daten sind, welche wiedergeben, daß ihr Korrektureffekt ausreichend erreicht ist.

In Fig. 10 und 11 sind die AC-Variationskomponenten der von den gleichen Schaltkreisen wie in den in Fig. 6 und gezeigten Fällen unter Beschleunigungsspannungszuständen von V_n = 2 kV und V₁ = 5 kV zu erzielenden Signalen gezeigt.

Unter derart niedrigen Beschleunigungsspannungszuständen sei hervorgehoben, daß das Korrektursignal gewählt werden sollte, welches durch Eingeben des Bezugssignales erhalten wird, von welchem das Signal aus dem Detektor 5 durch den Verstärker 11 in den Divisions-Korrekturschaltkreis

3.

14 verstärkt wurde.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird selbst in den Fällen, in denen die Beschleunigungsspannung weitgehend geändert wird und in welchen die virtuelle Elektronenquelle-Position beachtlich geändert wird,der ausreichende Elektronenstrahlvariations-Korrektureffekt erhalten«.

Die Verstärker 11 , 11. und 13 schließen tatsächlich auto-

a υ

matische Verstärkungsgrad-Einstellschaltungen ein.

Das obige Divisionsverfahren kann unter Verwendung eines Mikroprozessors realisiert werden.

Zusätzlich ist in Fig. 4 und 5, obwohl dort nicht der Deflektor 7' gezeigt ist, welcher ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten ist, der zum Abtasten der Probe 9 durch den primären Elektronenstrahl erforderlich ist,dieser einfach

fortgelassen.
35

In Fig. 8 ist eine Ausführungsform gezeigt, in welcher

entsprechend in der Nähe der ersten und zweiten Linsen Reflexionselektronendetektoren 21 und 21. zum Erfassen

a b

von Reflexionselektronen 20 und 20, vorgesehen sind, die als Ergebnis des Auftreffens der primären Elektronenstrahlen 4, und 4 auf reflektierende Platten 35 und 38 erzeugt sind. Die Verbindungen der Ausgänge der entsprechenden Verstärker 11 , 11. und 13 sind fortgelassen. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, das Korrigieren zu verwirklichen , indem die Erfassungssignale der Reflexionselektronenstrahlen als Bezugssignale verwendet werden.

In Fig. 9 ist eine andere Ausführungsform gezeigt, in welcher entsprechend in der Nähe der ersten und zweiten Linsen Sekundärelektronendetektoren 22 und 22, zum Er-

a b

.5 fassen von Sekundärelektronen 23 und 23_K vorgesehen sind,

a υ

welche als Ergebnis des Zusammenprallens der primären Elektronenstrahlen 4, und 4 mit Sekundärelektronen

b c

emittierenden Platten 45 und 48 erzeugt sind. Bei der Vorrichtung nach dieser Ausführungsform ist es möglich, das Korrigieren durchzuführen, indem als Bezugssignale die Sekundärelektronenstrahl-Erfassungssignale verwendet werden, welche die Änderungen entsprechend den Stromschwankungen aufweisen, welche die primären Elektronenstrahlen haben.

Die Ausführungsformen zeigen Vorrichtungen, welche die Sekundärelektronen-Meßsignale in dem FE-SEM korrigieren. Jedoch ist hervorzuheben, daß der erfindungsgemäße Vorschlag ebenfalls auf eine Meßvorrichtung anwendbar ist, die mit Detektoren zum Erfassen von Röntgenstrahl-Erfassungssignalen, Kathodenlumineszenz, Übertragungselektronen, Absorptionselektronen in eine Probe und Auger-Elektronen in eine -Probe versehen ist, die durch Abtasten auf einer Probe durch den Primärelektronenstrahlfleck

^° ähnlich in dem FE-SEM erzeugt werden, um somit die Ausgangssignale dieser Detektoren zu korrigieren.

Obwohl das elektrische Feld, das in der Nähe der Elektronenquellenspitze aufgrund der Ausführspannung V₁ verursacht wird, annähernd E = 1V/A = 10 V/mm ist, und zwar selbst in dem Fall, in dem die Elektronenquelle erhitzt wurde, um die Strommenge des Primärelektronenstrahles zu erhöhen, die ausgeführt werden soll, kann die Korrektur durchgeführt werden, indem die Detektoren gemäß Erfindung vorgesehen werden.

Es lassen sich zweckmäßige Modifikationen und Änderungen der erläuterten Ausführungsformen durchführen, ohne sich jedoch dabei vom Kern der Erfindung zu entfernen.

Claims

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BARDEHLE, PAGENBER^,^:6Ί5 ST,. Ά LiTE N^LJRG & PARTNER

SANWÄLTE PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYS -4

EN PAGENBERG db jur . ll μ harvard· · HEINZ BARDEHLE dipl -ing

HARD FROHWITTER dipl-ing· WOLFGANG A. DOST dr.dipl-chem

ER FRHR. ν. GRAVENREUTH dipl-ing (fh>- UDO W. ALTENBURG dipl-phys

POSTFACH 86O62O. 80OO MÜNCHEN

TELEFON (089)98 0361

TELEX 522 791 pad d

CABLE: PADBÜRO MÜNCHEN

BÜRO: GALILEIPLATZ 1, 8 MÜNCHEN

datum 4. April 1984 A 5394 Al/IV

Patentansprüche

Abtastelektronenmikroskop, dadurch gekennzeichnet , daß

(a) eine Elektronenschleuder (1) mit einer Feldemissions-Elektronenquelle vorgesehen ist, daß

(b) eine Fokussierlinse (6) zum Fokussieren eines primären Elektronenstrahles vorgesehen ist, der von der Elektronenquelle aufgrund eines elektrischen Feldes zu emittieren ist, daß

(c) eine Objektivlinse (7) zum Strahlen des primären Elektronenstrahles, welcher durch die Fokussierlinse getreten ist, auf eine Probe vorgesehen ist, und daß

(d) eine Detektoreinrichtung (5,8) zum Erfassen eines Umfanges des primären Elektronenstrahles vorgesehen ist, der insgesamt zu der Elektronenschleuder verlagert ist, wenn eine virtuelle Quelle für diese Feldemissions-Elektronenquelle rückliegend ist, woraus sich das Anlegen eines verstärkten elektrischen Feldes an den primären Elektronenstrahl ergibt.

I L I
2. Abtastelektronenmikroskop, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) eine Elektronenschleuder (1) mit einer Feldemissions-Elektronenquelle vorgesehen ist, daß

(b) eine Fokussierlinse (6) zum Fokussieren eines primären Elektronenstrahles vorgesehen ist, der von der Elektronenquelle aufgrund eines elektrischen Feldes zu emittieren ist, daß

(c) eine Objektivlinse (7) zum Strahlen des primären

Elektronenstrahles, welcher durch die Fokussierlinse getreten ist, auf eine Probe vorgesehen ist, daß

(d) ein erster Detektor (5) näher an der Elektronenschleuder (1) als die Fokussierlinse (6) zum Erfassen eines ersten Umfanges des primären Elektronenstrahles vorgesehen ist, und daß

(e) ein zweiter Detektor (8), der in der Nähe der Objektivlinse (7) vorgesehen ist, zum Erfassen eines zweiten Umfanges des primären Elektronenstrahles dient, welcher insgesamt zu der Elektronenschleuder verlagert ist, wenn' eine virtuelle Quelle für diese Feldemissions-Elektronenquelle rückliegend ist, woraus sich ein verstärktes an den primären Elektronenstrahl angelegtes elektrisches Feld ergibt.
3. Elektronenmikroskop nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) ein dritter Detektor (12) zum Erfassen eines Meßsignales vorgesehen ist, das von der Probe (9) als Ergebnis des Bestrahlens der Probe (9) mit dem primären Elektronenstrahl zu erzeugen ist, und daß

(b) eine Korrektureinrichtung (14, 17, 18, 19, 27) zum Korrigieren des Meßsignales auf der Basis eines Ausgangssignales des ersten Detektors (5), wenn das elektrische Feld nahe einer Spitze der Elektronenquelle niedriger

^° ist, und zum Korrigieren des Meßsignales auf der Basis eines Ausgangssignales des zweiten Detektors (8), . vorgesehen ist, wenn

— 3 —

dieses Feld stärker ist, um somit das Meßsignal korrigiert an eine Anzeigevorrichtung (15) anzulegen.
4. Elektronenmikroskop nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, daß eine Membran bzw. eine Blende (16) zwischen dem zweiten Detektor (8) und der Fokussierlinse (6) vorgesehen ist, um einen unerwünschten Umfangsabschnitt, der nicht den zweiten Detektor (8) erreichen soll, in einer Strahlenbreite des primären Elektronen-.0 Strahles zu schneiden.
5. Elektronenmikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal das Sekundärelektronenstrahl-Detektorsignal ist, welches von der Probe

•5 (9) zu erzeugen ist, welche durch den primären Elektronenstrahl bestrichen und bestrahlt wird.
6. Feldemissions-Abtastelektronenmikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur-

*0 einrichtung einen Wähler (17), welchem die Ausgänge der ersten und zweiten Detektoren (5, 8) eingegeben werden, und welcher einen von ihnen auswählt und ausgibt, und einen Teiler (14) umfaßt, um das Korrektursignal auszugeben, welches durch Teilen eines Ausgangssignales

'5 des dritten Detektors (12) durch ein Ausgangssignal des Wählers (17) erhalten wird, und daß gemäß beiden Ausführ- und Beschleunigungsspannungen V₁ und V_n,die entsprechend an die Elektronenquelle und erste und zweite Anoden angelegt sind, der Wähler (17) den Ausgang des ersten Detektors (5) auswählt, wenn das Verhältnis R = V_nZV₁ kleiner als ein vorbestimmter Wert ist und den Ausgang des zweiten Detektors (8) wählt, wenn dieses Verhältnis R gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist.

-4-
7. Elektronenmikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung

(a) einen ersten Teiler (14 ) zum Ausgeben eines ersten

Korrektursignales, das durch Teilen des Ausgangssignales des dritten Detektors (12) durch das Ausgangssignal des ersten Detektors (5) erhalten ist,

(b) einen zweiten Teiler (14,) zum Abgeben eines zweiten Korrektursignales, welches durch Teilen des Ausgangssignales des dritten Detektors (12) durch das Ausgangs-Signal des zweiten Detektors (8) erhalten ist,

(c) einen Komparator (19) zum Vergleichen der Größen der AC-Komponenten in den ersten und zweiten Korrektursignalen und

(d) einen Wähler (27) zum Wählen und Ausgeben des Korrektursignales umfaßt, welches die kleinere AC-Komponente zwischen den ersten und zweiten Korrektursignalen in Übereinstimmung mit einem Ausgang des Komparators (19) einschließt.
8. Abtastelektronenmikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal das Kathodenlumineszenzsignal ist, das von der Probe (9) zu erzeugen ist, welche von dem primären Elektronenstrahl abgetastet und bestrahlt ist.
9- Abtastelektronenmikroskop, gekennzeichnet durch

(a) eine Elektronenschleuder (1) mit einer Feldemissions-Elektronenquelle,

(b) eine Fokussierlinse (6) zum Fokussieren eines von der Elektronenquelle aufgrund eines elektrischen Feldes zu emittierenden primären Elektronenstrahles,

(c) durch eine Objektivlinse (7) zum Strahlen des primären Elektronenstrahles auf eine Probe (9)» welcher durch die

Fokussierlinse (6) getreten ist,
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(d) durch einen ersten Detektor (5), welcher näher an

der Elektronenschleuder (1) als die Fokussierlinse (6) angeordnet ist, um einen Teil des primären Elektronenstrahles zu erfassen, welcher von der Elektronenquelle zu emittieren ist,

(e) durch einen zweiten Detektor (8), welcher nahe an der Objektivlinse (7) angeordnet ist, um einen Teil des primären Elektronenstrahles zu erfassen, welcher den ersten Detektor (5) passiert hat,

(f) durch einen dritten Detektor (12) zum Erfassen eines Meßsignales, das von der Probe (9) als Ergebnis des Strahlens des primären Elektronenstrahles auf die Probe (9) zu erzeugen ist und durch

(g) eine Korrektureinrichtung (14, 17, 18, 19, 27) zum Korrigieren eines Meßsignales auf der Grundlage eines Ausgangssignales des ersten Detektors (5), wenn das elektrische Feld in der Nähe einer Spitze der Elektronenquelle geringer ist, und zum Korrigieren des Meßsignales auf der Grundlage eines Ausgangssignales des zweiten Detektors (8), wenn dieses Feld größer ist.
10. Elektronenmikroskop nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Detektor (5) in seiner Mitte ein Loch aufweist, um zu gestatten, daß ein Teil des primären Elektronenstrahles hindurchtreten kann, und daß der zweite Detektor (8) in seiner Mitte ein Loch aufweise, um einem Teil dieses primären Elektronenstrahles den Durchgang zu gestatten.
11. Elektronenmikroskop nach Anspruch 10, dadurch ³^ gekennzeichnet, daß eine Membran bzw. eine Blende (16) zwischen dem zweiten Detektor (8) und der Fokussierlinse I (6) vorgesehen ist, um einen unerwünschten Umfangsabschnitt in einer Strahlbreite des primären Elektronenstrahles auszuschalten, welcher nicht den zweiten Detektor (8) erreichen soll.

I Z /

-δι
12. Elektronenmikroskop nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal das Sekundärelektronenstrahldetektorsignal ist, welches von der Probe (9) zu erzeugen ist, auf welche der primäre Elektronenstrahl strahlt und abtastet.
13- Elektronenmikroskop nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung einen Wähler (17), welchem die Ausgänge der ersten und zweiten Detektoren (5,8) eingegeben werden, und welcher einen von ihnen auswählt und ausgibt, und einen Teiler (14) umfaßt, um das Korrektursignal abzugeben, welches durch Teilen eines Ausgangssignales des dritten Detektors (12) durch ein Ausgangssignal des Wählers (17) erhalten ist, und daß in Übereinstimmung mit den Ausführ- und Beschleunigungsspannungen V₁ und V_Q,die entsprechend zwischen der Elektronenquelle und den ersten und zweiten Anoden angelegt sind, dieser Wähler (17) den Ausgang des ersten Detektors (5) wählt, wenn sein Verhältnis R = VqZV₁ kleiner als ein

vorbestimmter Wert ist und den Ausgang des zweiten Detektors (8) wählt, wenn das Verhältnis R gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist.
14. Elektronenmikroskop nach Anspruch 10, dadurch ' gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung

(a) einen ersten Teiler (14 ) zum Ausgeben eines ersten

3.

Korrektursignales, welches durch Teilen des Ausgangssignales des dritten Detektors (12) durch das Ausgangssignal des ersten Detektors (5) erhalten ist,

(b) einen zweiten Teiler (14. ) zum Ausgeben eines zweiten

Korrektursignales, welches durch Teilen des Ausgangssignales des dritten Detektors (12) durch das Ausgangssignal des zweiten Detektors (8) erhalten ist,

(c) einen Komparator (19) zum Vergleichen der Größen der

AC-Komponenten in den ersten und zweiten Korrektursignalen und

(d) einen Wähler (27) zum Auswählen und Ausgeben des Korrektursignales umfaßt, welches die kleinere AC-Komponente zwischen den ersten und zweiten Korrektursignalen in Übereinstimmung mit einem Ausgang des Komparators (19) einschließt.
15. Elektronenmikroskop nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal das Kathodenlumineszenzsignal ist, welches von der Probe (9) zu erzeugen ist, auf welcher der primäre Elektronenstrahl abtastet und strahlt.