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Dokumentenidentifikation DE69018256T2 07.09.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0459047
Titel Elektronenoptisches System zur Erzeugung eines pseudoparallelen Elektronenstrahls mit kleinem Strahlquerschnitt.
Anmelder Shimadzu Corp., Kyoto, JP
Erfinder Hayashi, Shigeki, Nishigyo-ku, Kyoto, JP
Vertreter Neugebauer, E., Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 80331 München
DE-Aktenzeichen 69018256
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 01.06.1990
EP-Aktenzeichen 903059871
EP-Offenlegungsdatum 04.12.1991
EP date of grant 29.03.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.09.1995
IPC-Hauptklasse H01J 37/141
IPC-Nebenklasse H01J 37/04   H01J 37/28   

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektronenoptisches System zur Erzeugung eines im wesentlichen parallelen Elektronenstrahls mit kleinem Strahlquerschnitt.

Der in einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) verwendete Elektronenstrahl konvergiert zu einer extrem kleinen Spitze, die dem Mikroskop ein sehr hohes Auflösungsvermögen verleiht. Ein zu einer so feinen Spitze konvergierender Strahl weist selbstverständlich einen sehr großen Strahlkonvergenzwinkel auf. Daher gibt es dann, wenn ein zu betrachtender Gegenstand eine Probe mit unebener Oberfläche ist, die an ihrer Oberfläche viele mikroskopische Vertiefungen und Erhöhungen aufweist, Fälle, in denen die sich verjüngende Flanke des Strahls die innere Seitenwand oder die Oberkante solcher Vertiefungen berührt und es unmöglich macht, stereoskopische Mikro-Oberflächenstrukturen der Probe zu beobachten. Um einen solchen Nachteil auszuschalten, ist es erwünscht, einen pseudoparallelen Elektronenstrahl mit kleinem Strahlquerschnitt - im folgenden kurz Mikroelektronenstrahl genannt - zu erzeugen, der einen Konvergenzwinkel in der Größenordnung von 10&supmin;³ Radian und einen Strahldurchmesser von nicht mehr als 1 um aufweist. Es ist jedoch sehr schwierig, einen solchen pseudoparallelen Mikroelektronenstrahl mit einem herkömmlichen elektronenoptischen System zu erzeugen; ein solcher Strahl wird zwar im Prinzip durch Verwendung von Elektronenlinsen mit sehr langer Brennweite erzeugt, doch werden der Astigmatismus und die sphärische Aberration einer symmetrischen Elektronenlinse um so größer, je stärker die Brennweite der Linse verlängert wird. Unter diesen Umständen ist es dringend erforderlich, ein elektronenoptisches System zu schaffen, das imstande ist, einen scharf fokussierten pseudoparallelen Mikroelektronenstrahl zu erzeugen.

Ferner ist ein solches System auch auf einem Gebiet der Elektronendiffraktometrie erwünscht. Beim Analysieren der Oberflächenstruktur einer Probe kann der Elektronenbeugungsmesser bekannter Art, der mit einem Elektronenstrahl mit einem Durchmesser in der Größenordnung von einem Millimeter arbeitet, nur Durchnittswerte über eine Fläche in der Größenordnung von einem Millimeter erbringen, und er gibt keine Informationen über feine Strukturen ab, die in einem Bereich in der Größenordnung von einem Mikrometer enthalten sind. Solche feinen Strukturen können zum ersten Mal mit einem im wesentlichen parallelen Elektronenstrahl analysiert werden, der einen Durchmesser in der Größenordnung von nicht mehr als einem Mikrometer aufweist.

Ein elektronenoptisches System bekannter Art, das aus einer thermischen Elektronenemissionsquelle, einer Kondensor- Elektronenlinsen-Baugruppe und einer Objektiv-Elektronenlinse besteht, ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE-A 2849403 beschrieben.

Die vorliegende Erfindung ist auf die Ausschaltung der zuvor erwähnten Schwierigkeiten bei der Erzeugung eines pseudoparallelen Mikroelektronenstrahls gerichtet und hat die Aufgabe, ein verbessertes elektronenoptisches System zu schaffen, um die Erzeugung eines Mikroelektronenstrahls zu ermöglichen, dessen Konvergenzwinkel so klein ist, daß der Strahl als im wesentlichen parallel betrachtet werden kann.

Dieses Ziel wird durch ein elektronenoptisches System nach Anspruch 1 erreicht. Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht im wesentlichen aus einer Elektronenstrahlquelle, einer Kondensorbaugruppe und einer asymmetrischen Objektivlinse, deren kleinere Seite des Feldgradienten der Kondensorbaugruppe zugewandt ist. Bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zwischen der Kondensorbaugruppe und der asymmetrischen Objektivlinse eine zusätzliche Objektivlinse angeordnet. Übrigens sind alle oben erwähnten "Linsen" natürlich "Elektronenlinsen", was auch in der weiter unten folgenden Beschreibung der Fall ist.

Bei dieser Konstruktion der vorliegenden Erfindung bewirkt die asymmetrische Objektivlinse, deren sphärische Aberration klein gehalten wird, daß die erste Ausführungsform einen Elektronenstrahl erzeugt, dessen Konvergenzwinkel etwa 1 x 10&supmin;³ Radian und dessen Konvergenzpunktdurchmesser etwa 0,1 um beträgt. Bei der zweiten Ausführungsform kann der Konvergenzwinkel und somit auch der Konvergenzpunktdurchmesser verändert werden, indem man die Brennweite der zusätzlichen Objektivlinse je nach Bedarf verstellt.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Betrachtung.

Es sei angenommen, daß ein Elektronenstrahl mit einer Wellenlänge von 0,1 nm einen Schlitz oder ein Nadelloch mit einem Durchmesser von 0,1 um passiert. Der aus dem Nadelloch austretende Strahl hat einen geschätzten Divergenzwinkel von 1 x 10&supmin;³ Radian. Daher ist der Konvergenzpunktdurchmesser von 0,1 um, der durch die erste Ausführungsform erreicht wird und einen Strahl mit einem kleinen Konvergenzwinkel von 1 x 10&supmin;³ Radian erzeugt, die unterste Grenze eines mit einem Strahl mit so kleinem Konvergenzwinkel erreichbaren Punktdurchmessers. Es ist jedoch unzweckmäßig oder unmöglich, eine so kleine Strahlspitze mittels eines Nadelloches zu erzeugen, nicht nur weil es so gut wie unmöglich ist, ein Nadelloch mit einem so kleinen Durchmesser wie 0,1 um herzustellen, sondern auch weil der so erzeugte Strahl sehr schwach ist. Ein solcher Strahl wird auf effektive Weise durch die vorliegende Erfindung erzeugt, insbesondere durch die oben genannte erste Ausführungsform. Ferner kann mit Hilfe der zweiten Ausführungsform eine Strahlspitze von unter 0,1 um erzeugt werden, indem man den Strahlkonvergenzwinkel durch Verstellen der Brennweite der zusätzlichen Objektivlinse vergrößert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 schematisch den Aufbau einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Eingehende Beschreibung der Erfindung

Gemäß Fig. 1, die den grundsätzlichen Aufbau einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, besteht die Ausführungsform im wesentlichen aus einem als thermische Elektronenquelle dienenden Glühfaden 1, einer ersten Öffnung 2, einem ersten und einem zweiten Kondensor 3 und 4, einer zweiten Öffnung 5 und einer asymmetrischen Objektivlinse 6. Ein durch den Glühfaden 1 abgegebener divergierender Elektronenstrahl passiert die erste Öffnung 2 und wird dann durch eine aus dem ersten und dem zweiten Kondensor 3 und 4 bestehende Kondensorbaugruppe zu einem Punkt P über der zweiten Öffnung 5 konvergiert. Der in dem Punkt P konvergierte Elektronenstrahl divergiert wiederum und gelangt in die asymmetrische Objektivlinse 6, wobei der Divergenzwinkel durch die zweite Öffnung 5 begrenzt wird. Die asymmetrische Objektivlinse 6, deren kleinere Seite des Feldgradienten dem zweiten Kondensor 4 zugewandt ist, fokussiert den Strahl in einem Fokuspunkt Q auf der Probe S. Die Punkte P und Q sind somit einander zugeordnet. Da die kleinere Seite des Feldgradienten der asymmetrischen Objektivlinse 6 dem zweiten Kondensor 4 oder dem Strahldivergenzpunkt P zugewandt ist, wird der Strahlkonvergenzwinkel an dem Brennpunkt Q kleiner als der Strahldivergenzwinkel an dem Punkt P, was in einem Konvergenzwinkel von 1 x 10&supmin;³ Radian bei dieser Ausführungsform resultiert. Eine Spule 7 dient dazu, den resultierenden Strahl auf die Probe S zu richten.

Gemaß Fig. 2, die die Grundkonstruktion einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, ist die zweite Ausführungsform wie die erste Ausführungsform ausgebildet, jedoch mit einer zusätzlichen Objektivlinse 8 versehen, die zwischen der asymmetrischen Objektivlinse 6 und der zweiten Öffnung 5 angeordnet ist. Der an dem Punkt P divergierende Strahl wird durch die zusätzliche Objektivlinse 8 an dem Punkt R zum Konvergieren gebracht, bevor er in die asymmetrische Objektivlinse 6 eintritt. Bei dieser zweiten Ausführungsform sind sowohl die asymmetrische als auch die zusätzliche Objektivlinse 6 und 8 mit unabhängig voneinander variabler Strahlkonvergierungsfähigkeit ausgebildet. Wird die Strahlkonvergierungsfähigkeit bei der zusätzlichen Objektivlinse 8 erhöht und bei der asymmetrischen Objektivlinse 6 verringert, wird der Konvergenzwinkel des resultierenden Strahls vergrößert. Wird die genannte Relation der Konvergierungsfähigkeit umgekehrt, wird der endgültige Strahlkonvergenzwinkel verkleinert.


Anspruch[de]

1. Elektronenoptisches System zur Erzeugung eines pseudoparallelen Elektronenstrahls mit kleinem Strahlquerschnitt, das im wesentlichen aus einer thermischen Elektronenemissionsquelle (1), einer Kondensor-Elektronenlinsen-Baugruppe (3, 4) und einer Objektiv-Elektronenlinse (6) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Objektiv-Elektronenlinse (6) eine asymmetrische Elektronenlinse (6) ist, deren kleinere Seite des Feldgradienten der genannten Kondensor-Elektronenlinsen- Baugruppe (3, 4) zugewandt ist.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Objektiv-Elektronenlinse (8), die zwischen der asymmetrischen Objektiv-Elektronenlinse (6) und der Kondensorbaugruppe (3, 4) angeordnet ist.







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