DE2004256C3 - Vorrichtung zur Festkörperoberflächenanalyse mit einer Elektronenstrahl- Mikrosonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Empfang von Sekundärelektronen bei der Analyse von

ίο Festkörpern mit einer Elektronenstrahl-Mikrosonde, wobei ein Elektronendetektor vorgesehen ist, der, vom Aufprallpunkt gesehen, nur einen kleinen Raumwinkel einnimmt.

Bei solchen Geräten werden Informationen iilvr die untersuchte Oberfläche eines Festkörpers oder Objektes mit Hilfe der Sekundärelektronen gewonnen. Beispielsweise überstreicht bei einem abtastenden Elektronenmikroskop ein Primärclektronensiruh! einen kleinen Bereich der Oberfläche des zu untersuchenden Objektes in einem bestimmten Raster, und werden die Sekundärelektronen aufgenommen, um die Helligkeit des Lichtpunktes einer Kathodenstrahlröhre zu steuern, welche synchron zum Primiir-H.ektronenstrahl abgetastet wird. Auf diese Weise

entsieht ein zweidimensionales Bild des abgetasteten Bereichs der Objektoberlläche. Die Kontraste in diesem Bild entstehen als Folge von Änderungen der Stärke des Sekundärelektronensignals, wenn der Primärelektronenstrahl die Objektoberfläche überstreicht.

Röntgenstrahl-Mikroanalysatoren mit Elektronenstrahl-Mikrosonde, bei denen vom Aufprallpunkt in erster Linie Röntgenstrahlen ausgehen, können auch Einrichtungen zum Hervorbringen eines Kontrastbil-

des mit Hilfe der Sekundärelektronen aufweisen. Außerdem ist es nicht wesentlich, daß der Primärelektronenstrahl seitlich abgelenkt wird. Er kann statt dessen auch stationär bleiben, wenn aab zu untersuchende Objekt bzw. der Festkörper bewegt wird. So-

wohl Primärelektronenstrahl als auch Objekt bzw. Festkörper können still stehen, wenn beispielsweise die Spannung auf dem Objekt bzw. dem Festkörper, die Potentialdifferenz an einer Übergangszone im Objekt bzw. Festkörper usw. verändert wird.

Bei diesen bekannten Geräten wird der Kontrast im Bild in erster Linie aus den Änderungen des Sekundärelektronenemissionskoeffizienten am Aufprallpunkt hergeleitet. Diese Änderungen haben einen Wechsel der Emissionsgeschwindigkeit der Elektronen und einen entsprechenden Wechsel derjenigen Cieschwindigkeit zur Folge, mit welcher die Elektronen in die zugehörige Empfangsvorrichtung eintreten, beispielsweise einen Szintillator. Die Variationen des Sekundärelektronenemissionskoeffizicnten ergeben sich auf Grund der Topographie der abgetasteten Oberfläche. Wenn der Primärelektronenstrahl über Beulen oder Stufen oder Gruben in der Oberfläche streicht, ändert sich nämlich der effektive örtliche Einfallswinkel des Primärelektronenstrahls.

Auch können Variationen des Sekundärelektronenemissionskoeffizienten eine Folge von Materialveränderungen des untersuchten Objektes bzw. Festkörpers sein, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn der Primärelektronenstrahl beim Abtasten des Objektes bzw. Festkörpers von einem ein bestimmtes Element enthaltenden Bereich in einen ein anderes Element enthaltenden Bereich läuft.

In allen diesen Fällen ist es üblich, möglichst viele

der Sekundiirelcklronen in der zugehörigen Empfangsvorrichlung aufzunehmen. Dazu wird die Empfangsvorrichtung gewöhnlich auf einem gegenüber dem Objekt bzw. Festkörper positiven Potential gehalten, so daß die Sekundärelcklronen auf die Emplungsvorriehtung zu gezogen werden. Das positive Potential der Empfangsvorrichtung erzeugt ein elektrostatisches Feld, welches ähnlich einer Sammellinse wirkt.

E.s ist auch bekannt, für den gleichen Zweck die Empfangsvorrichlung bzw. den Detektor so auszulegen, daß er einen großen Raumwinkel am Aufprallpunkt erfaßt, im Grenzfall sogar eine Halbkugel. Dies ist jedoch nur bei gewissen Dotektortypen möglich, nicht mit Szintillatoren.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei solchen Geräten in der Vorrichtung zum Empfang von Sckundärelektronen nicht notwendigerweise ein Maximum an Sekundärelektronen aufgenommen werden muß, um die größte Empfindlichkeit zu erzielen. Im Gegenteil, wenn an die Vorrichtung zum Empfang der Sekundärelektronen eine zu hohe Spannung gelegt wird, dann fängt sie fast alle Sekundärelektronen ohne Rücksicht auf ihre Richtung auf, so daß kein beobachtbarer Kontast, herrührend von elektrischen oder magnetischen Feldverteilungen am oder in der Oberfläche des untersuchten Objektes bzw. Festkörpers, entsteht.

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu vermitteln, bei welcher die Richtung der austretenden Sekundärelektronen nicht verwischt wird, sondern zur Gewinnung yon Informationen über das untersuchte Objekt bzw. den untersuchten Festkörper herangezogen werden kann.

Dies ist mit ein'er Vorrichtung der eingangs angegebenen Art erreicht, welche erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zur Erzeugung e.ncs elektrischen und/oder magnetischen Feldes, das die Sckundärelektronen in bezug auf eine zur Oberfläche des Festkörpers senkrechte Gerade radial nach außen beschleunigt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2 bis 11 zu entnehmen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung is¹, also zwischen dem Elektronendetektor und der Oberfläche des untersuchten Festkörpers ein derartiges elektrisches undA'Her magnetisches Feld vorgesehen, daß die Sekundärelektronen zwischen AufprallpunkL und Detektor divergieren bzw. auseinanderlaufen, anstatt in maximaler Anzahl einfach zum Detektor hingezogen zu werden. Auf diese Weise werden die Unterschiede in den Bewegungsrichtungen der austretenden Sekundärelektronen nicht nur nicht verwischt, sondern im Gegenteil besonders hervorgehoben.

Liegt die untersuchte Festkörperoberfläche senkrecht zum Primärelcktronenstrahl, dann divergieren die Sekundärclektronen bezüglich der Achse dieses Strahles. Ist dagegen die untersuchte Festkörperoberl'Iächc zum Priniärclektronenstrahl geneigt, dann divergieren die Sekundärelektronen in der Regel bezüglich der zu^r Oberfläche des Festkörpers senkrechten Geraden am Aufprallpunkt des Primäreleklroncnstrahls.

Wie erwähnt, kann zur Erzeugung der besagten Divergenz der Sc!"indärelektronen ein rein elektrostatisches, rein elektromagnetisches oder ein teilv. eise elektrostatisches und teilweise elektromagnetisches I⁷eld dienen. Vorzugsweise wird jedoch die Divergenz ausschließlich mit einem elektrostatischen Feld hervorgebracht, da dieses einfacher und kontrollierbarer zu er^cueen ist. Dazu ist vorteilhafterwei.se ein zum Elektronenstrahl koaxialer, zylindrischer Schirm vorgesehen, der als Elektrode wirkt. Dabei kann der Detektor in der Wandung des Schirmes angeoidmH ::ein bzw. einen Teil dieser Wandung bilden.

ίο Das erfindungsgemäß vorgesehene elektrostatische und oder elektromagnetische Feld kann derart sein, dal.', sich die Bewegungsbahnen der Sekundärelektronen fontänenartig auseinanderfächern, wobei der Fächer symmetrisch oder durch Einfluß des Feldes des

Detektors selbst asymmetrisch sein kann. Das Feld kann weiterhin derart sein, daß die Bewegungsbahnen der Sekundärelektronei bezüglich der Festkörperoberflächennormalen am Auiprallpunkt des Primäreleklronenstrahls divergieren. Die Oberflächennormale kann mit der Ac»- ..; des Primärelcktrunenstrahls zusammenfallen.

Die geschilderte Divergenz der Sekundärelektronen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat zwar zur Folge, daß den Elektronendetektor weniger Sekundär-

..!ektronen als bei den bekannten Vorrichtungen erreichen. Jedoch wird derjenige Kontras: in dem mit Hilfe der Sekundärelektronen erzeugten zweidimensionalen Bild verbessert, der eine Folge solcher Eigenschaften des untersuchten Festkörpers an der

Oberfläche ist, welche die Sekundärelektronen bevorzugt in einer bestimmten Richtung austreten lassen. Zu diesen Eigenschaften gehört auch die Festkürperoberflächengesalt, und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann deutlich zwischen Beulen und Gruben unterschieden werden, weil eine zum Detektor hin geneigte Fläche hell und eine vom Detektor weg geneigte Fläche dunkel in dem erwähnten zweidimensional^! Bild erscheint. Sogar vergleichsweise flache Vertiefungen oder Erhebungen werden

\ό sichtbar gemacht, während bei herkömmlichen Vorrichtungen der in Rede stehenden Art dies nicht geschieht, sondern nur ein schwacher Kontrast erzeugt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich je-

doch insbesondere zur Feststellung solcher Eigenschaften eines untersuchten Festkörpers, die von einem Potentialkontrast oder von elektromagnetischen Feldern an oder in der Nähe der Festkörpcroberfläche herrühren. Die Beobachtung von Potcntialkontrasten ist insbesondere für die Prüfung des Verhaltens von Halbleitern, integrierten Schaltungen und Mikroschaltkreisen wertvoll.

Bei der Untersuchung von örtlichen e'cktromagnetischcn Feldern bzw. der daraus resultierenden Eigenschaften ist zu berücksichtigen, daß deren Einfluß komplexer ist, da sowohl die Komponenten senkrecht „ur Oberfläche als auch die dazu parallelen Komponenten die Bahn der Sekundärelcktronen beeinflussen. Durch geeignete Anordnung der Dctek-

Go lorcn ist es jedoch möglich, zwischen ihnen zu unterscheiden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können beispielsweise magnetische Bereiche von mikroskopischer Ausdehnung in magnetischen Materialien oder bei Aufzeichnungen auf magnetischem Band untersucht werden.

Die divergierenden Bewegungsbahnen der Sckundärelektronen, die durch das erfindungsgemäß vorgesehene, vorzugsweise elektrostatische Feld hervorgc-

rufen werden, müssen nicht ständig weiter auseinan- den und zum Teil die innere Oberfläche des dcrhiulcii, sondern können auch am Anfang mit ab- Schirms C erreichen. Werden also Sckundärcleklronchmendcr Divergenz verlaufen. Insgesamt ist·jedoch nen auf Grund besonderer Eigenschaften der tiberein divergenter Verlauf gegeben. Das Feld kann fläche des Festkörpers S an dem gerade vom Primärdiirch zwei oder mehrere überlagerte Felder gebildet 5 elektronenstrahl beaufschlagten Punkt zu einer bescin. Die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vor- stimmten Seite des Primürclcklroncnstrahls vor allem richtung kann durch Variation der Potentiale vcrän- abgegeben, dann wird diese Wirkung durch die Hrderl werden, welche an deren einzelnen Bauteilen fjndung noch verstärkt, so daß die Sckundiirelektroaufrechlerhaltcn werden. nen hauptsächlich das gegenüberliegende Bogenstück

Nachstehend ist die Erfindung an Hand der Zeich- io des SchirmsC erreichen, nicht jedoch über den ge-

nunpcn bcitpiclswei.se beschrieben. Darin zeigt, je- samten Schirmiim'fang verteilt werden,

weih schematisch In Fig. 1 sind die Bewegungsbahnen einiger Se-

F i g. I die Ansicht eines Teils eines Axialschnitts kundürelektronen bestimmter Energie (4-Elektro-

durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, ncn-Volt) dargestellt, welche vom Aufprallpunkt des

F i g. 2 die Draufsicht auf den Schirm der Vorrich- 15 PrimärclcktroncnMrahls in verschieden spitzen Win-

tung gemäß F i g. I in verkleinerter Wiedergabe, kein zum einfallenden Primärclcktroncnstrahl bzw.

F ig. 3 und4 jeweils eine der Fig. I cntsprc- zu dessen Achse ausgehen. Sekundärclektroncn nic-

chende Ansicht einer zweiten bzw. dritten Ausfüh- drigercr oder höherer Energie beim Austreten bc-

rungsform. schreiben geringfügig abgewandelte Bahnen.

In den Zeichnungen ist nicht dargestellt, wie der ao Die Oberfläche des untersuchten Festkörpers.?,

Primärelcktroncnstrahl erzeugt, gebündelt und abgc- das Polstück /' und der zylindrische Schirm C können

lenkt wird, da dies auf bekannte Art und Weise gc- als eine hohle, zylindrische Trommel bildend angesc-

schehen kann. Der Primärciektroncnstrahl ist senk- hen werden, deren Stirnseiten auf einem Potential

recht nach oben gerichtet, und verläßt das äußere von 0 Voll und deren Umfangsflächc auf positivem

Polstück /' einer beispielsweise elektromagnetischen as Potential liegen. Dies ergibt ein rotationssymmctri-

Objektivlinse. schcs elektrostatisches Feld, welches im Zentrum

Der Primärclcktronenstrahl trifft auf einen kleinen einen Sai dpunkl aufweist. Das Feld bewirkt, daß Bereich, der nur wenige Mikrometer breit ist, vom zu die Gcsehwindigkeitskomponcntc parallel zur Achse untersuchenden Objekt bzw. FestkörperS auf, dessen des einfallenden Primärelektronenstrahls der Sckun-Obcrfläcne senkrecht zum Primärclcktroncnstrahl 30 därclcktroncn während der ersten Phase ihrer Bcwcverläuft. Die Primärclcktroncn mit einer Energie in gung nach ihrer Emission, in welcher sie sich rdativ der Größenordnung von 20 KeV bewirken die Emis- langsam bewegen, verstärkt wird. Die divergieren len sion nicdcrencrgctischer Sekundärclektroncn. Deren Sckundärclektronen laufen also mit abnehmender Energie beträgt nur wenige Elektroncnvolt. Die Divergenz vom Aufprallpunkt des Primärclcktronen-Quantitäl der Sekundärclektroncn hängt von dem 35 Strahls auf die Oberfläche des Festkörpers.? weg. Bei Material des Festkörpers S ab, in gewissem Maß Annäherung an das Polstück P verlangsamt ihre Bcauch von der örtlichen Gestalt desselben. Die Rieh- wegung, und zwar bis die Geschwindigkeitskonipotung der Sekundärelcktroncn ist stark von dieser ort- ncntc parallel zur Achse des Primärclektroncnsli.ihls liehen Gestalt abhängig. Außerdem werden die Bc- gleich Null win'. Auf Grund des positiven Potentials wcgungsbahnen der Sekundärclektroncn beim Vcr- 4° des Schirms C werden sie radial nach außen belassen des Festkörpers.? durch irgendwelche nahe an schlcunigt, und die Richtung der Gcschwindigk. itsdessen Oberfläche vorhandene elektrostatische oder komponente parallel zur Achse des Primärclcküoelektromagnetische Felder verändert. Bei bekannten nenstrahls kehrt sich um. Die bezüglich der AJisc Vorrichtungen zum Empfang von Sekundärelck'ro- des einfallenden Primärclcklroncnslrahls divei'iicnen gehen diese Bewegungsbahnänderungen dadurch 45 rend emittierten Sekundärclektroncn bewegen icli verloren, daß die Sckundärelcktronen vollständig also in Richtung auf das Polstück P zunächst mit nb- oder zum größten Teil von der Empfangsvorrichtung nehmender Divergenz und dann mit beträchtlich vcr aufgenommen werden. größertcr Divergenz. Jede Asymmetrie des B.-wc

Errindungsgemäß wird ein elektrostatisches und/ gungsbahnfcldcs der gerade emittierten Sekundäre

oder magnetisches Feld erzeugt, welches die Bahnen 50 lektroncn wird also verstärkt. Treten die Sckundiiic

der einzelnen Sekundärelektronen von der Achse des lektronen vorherrschend in einer bestimmten Rieh

Primärelektronenstrahls divergieren läßt, so daß die tung aus, dann schlagen sie auch vorherrschend aul

anfänglichen Bewegungsbahnunterschiede noch ver- dem entsprechenden Sektor des Schirms C auf

stärkt werden. Dazu ist ein runder, zylindrischer Der Schirm C muß nicht unbedingt krcisfönnij

SchirmC vorgesehen, der koaxial zum Primärelek- 55 ausgebildet sein. Desgleichen kann statt des Pol

tronenstrahl angeordnet ist und sich in Axialrichtung Stücks P eine geerdete Platte vorgesehen sein welche

etwa von der Oberfläche des Festkörpers ? bis zum das eigentliche Polstück bedeckt In ähnlicher Weise

Polstück P erstreckt. kann der untersuchte Festkörper".? mit einem flachen

Bei der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 1 ist der scheibenartiges geerdeten Schirm überdeckt sein

SchirmC auf einem positiven Potential von 200 bis 60 welcher eine kleine öffnung aufweist durch welche

500 Volt, vorzugsweise von etwa 350 Volt, gehalten, hindurch der Primärelektronenstrahl 'hindurchtretet

und zwar gegenüber der Oberfläche des Festkör- kann, um auf diese Weise vorbestimmbare Feldbe

pers.V. Das Polstück/⁵ wird auf einem Potential von dingungen sicherzustellen. Bei einem FestkörperJ!

OVoIt gehalten. Dadurch entsteht ein rotationssym- geringer Abmessungen kann jedoch das gewünschte

metrisches elektrostatisches Feld, so daß die von der 65 Ergebnis auch ohne einen solchen geerdeten Schirn

Oberflache des Festkörpers S in spitzem Winkel zur erzielt werden.

Achse des Primärelektronenstrahls emittierten Sc- In den SchirmC ist eine GazeG eingesetzt une

kundärclcktroncn von dieser Achse fortgelcnkt wer- zwar bündig mit der inneren Oberfläche des Schir

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mcs C Sie bildet den Eintrittskäfig für einen Detektor D, der als Szintillator ausgebildet ist. Die Gaze G erstreckt sich über einen größeren Teil der axialen Länge des Schirms C und in Umfangsrichtung über einen Bogen mit einem Sektorwinkel von etwa 60 bis 120", vorzugsweise von 90°. Die Gaze C liegt auf dem gleichen Potential wie der Schirm C und stört somi.. die Symmetrie des Feldes nicht.

Der als Szintillator ausgebildete Detektor D selbst kann auf dem üblichen hohen Potential von einigen Kilovolt liegen und an einen nicht dargestellten Fotovervielfacher angeschlossen sein, so daß ein der Anzahl der durch die Gaze G dringenden Sekundärelektronen proportionales elektrisches Signal erzeugt wird. Da der Detektor D sich eintrittsseitig mit der Gaze (7 nur über einen bestimmten Sektor des Schirmes C erstreckt, ist das besagte Signal auch nur repräsentativ für die in der entsprechenden Richtung emittierten Sekundärelektronen, da andere Sckundärelektronen nicht vom Detektor D empfangen werden können. Es wird also jeder Kontrast auf Grund einer Asymmetrie des P.ichtungsfeldes der am Aufprallpunkt des Primärelektronenstrahls auf der Oberfläche des Festkörpers S emittierten Sckundärelektronen über eine Änderung des vom Detektor D herrührenden Signals festgestellt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht nur gegenüber der Bewegungsrichtung der Sckundärclektronen empfindlich, sondern spricht auch, wie bekai nte Empfangsvorrichtungen, auf Änderungen des Sekundärelektronenemissionskoeffizienten an.

in der Regei besichi dci Schirm C aus Metall. Aüc Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung können mit einem dünnen Kohlenstoffübcrzug versehen sein, um die Emission ungewünschter Sekundärelektronen zu vermindern, die durch den Aufprall von hochenergetischen und vom Aufprallpunkt des Primärelektronenstrahls auf der Oberfläche des Festkör persS zurückgestreuten Primärelektronen auf diese Bauteile erzeugt werden können. Ein solcher Überzug ist insbesondere dann nützlich, wenn die Bauteile geringe Abmessungen aufweisen.

Neben dem Detektor D kann auch noch ein an sich bekannter Energie-Analysator vorgesehen sein, um Informationen über die Anzahl der in verschiedenen Energiebändern empfangenen Sekundärelektronen zu erhalten.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1 erstreckt sich der DetektorD eintrittsseitig mit der Gaze G über den größten Teil der axialen Länge des Schirms C. Diese axiale Erstreckung der Gaze G kann auch geringer sein. Vorzugsweise ist sie einstellbar, so daß nur Sekundärelektronen vom Detektor D empfangen werden können, die in einem bestimmten Bereich der Axiallänge des Schirms C auftreffen. Das vom Detektor D herrührende Signal ist dann repräsentativ für diejenige Anzahl von Sekundärelektronen, die eine bestimmte Energie und Emissionsrichtung aufweisen.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 1, wobei das Polstück P und die untersuchte Oberfläche des Festkörpers 5 auf einem Potential von OVoIt und der Schirm C demgegenüber auf einem positiven Potential liegen, ist insbesondere für die Untersuchung der Topographie bzw. Gestalt der Oberfläche des Festkörpers S geeignet. Zur Untersuchung magnetischer Eigenschaften des Festkörpers S an oder in dessen Oberfläche dieni die Ausführungsform gemäß Fig. 3.

Sie entspricht derjenigen gemäß Fig. I, abgesehen davon, daß auf der dem Schirm C zugewandten Seite des Polstücks P eine scheibenförmige Elektrode F. vorgesehen ist, und zwar eingelassen in eine Verticfung des Polstücks P und diesem gegenüber isoliert. Weiterhin bestellt ein Unterschied darin, daß die relativen Potentiale aller Bauteile zueinander geändert sind. Während das Polstück P wie bei der Ausfühnmgsform gemäß Fig. 1 auf Erdpotential liegt, ist

ίο der untersuchte Festkörper5 auf einem Potential von — 120 Volt gehalten. Der Schirm C liegt ebenfalls auf Erdpotential und die Elektrode £ auf einem Potential von beispielsweise 80 Volt. Die Gaze G di> Detektors D ist auf einem positiven Potential gchal-

t5 ten, beispielsweise von ! 200 Volt.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 ergeben sich tatsächlich zwei überlagerte elektrostatische Felder, welche auf die Sekundäreleklronen divergierend wirken. Das eine Fcid liegt zwischen der Oberfläche des Festkörpers S und der Elektrode E, deren Potential gegenüber demjenigen des Festkörpers 5' um 40 Volt höher bzw. positiver ist. Das andere Feld liegt zwischen der Oberfläche des FestkörpersS und dem Schirm C, dessen Potential gegenüber demjenigen des Festkörpers Λ' um 120 Volt höher bzw. positiver ist. Es sei angenommen, daß der untersuchte Festkörper S mit magnetischen Bereichen dicht an seiner Oberfläche ein beliebig gerichtetes magnetisches Feld aufweise, d. h. ein Feld mit einer zur Oberfläche des Festkörpers S senkrechten Komponente und mit Komponenten in zwei zu dieser Oberfläche parallelen Richtungen. Nur die letztgenannten Komponenten des magnetischen Feldes rufen eine Asymmetrie des Bcwegungsbahnfeldes der Sekundärelektronen hervor. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß F i g. 3 können also die besagten Komponenten untersucht und festgestellt werden, nicht jedoch die Komponente des magnetischen Feldes senkrecht zur Oberfläche des Festkörpers S.

Mit der Ausführungsform gemäß F i g. 3 können auch elektrische Felder parallel zur Oberfläche eines Festkörpers S untersucht und festgestellt werden.

Wie erwähnt, liegt bei der Ausführungsform gc-

maß F i g. 3 die Gaze G des Detektors D auf einem höheren Potential als der Schirm C. Dadurch wird eine gewisse Asymmetrie des Bewegungsbahnfeldes der Sekundärelektroncn verursacht, jedoch hat dies nur wenig Einfluß auf den wichtigsten Teil des FcI-

5" des an der Oberfläche des untersuchten Festkörpers S. Obwohl diese Asymmetrie den Richtungskontrast in gewissem Maße vermindert, stört sie nicht wesentlich.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen gemäß

F i g. 1 und 3 spricht der Detektor D nicht auf geringere Änderungen der Energie der Elektronen an, so daß ein Potentialkontrast nicht zugleich mit einer Empfindlichkeit gegenüber seitlichen elektrischen und magnetischen Feldern gegeben ist.

Die Ausführungsform gemäß F i g. 4 ist insbesondere zur Untersuchung und Feststellung elektrischer Potentialkontraste geeignet. Sie unterscheidet sich dadurch von derjenigen gemäß F i g. 3, daß die einzelnen Bauteile der Vorrichtung auf anderen Poten-

tialen gehalten sind. Der Festkörpers und der Schirm Γ liegen beide auf Erdpotential, während das Polstück P und die Elektrode E beide auf einem veränderlichen, negativen Potential gehalten sind, bei-

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spielsweise von -36VoIt. Die GazeG des Detek- 90° liegen. Dabei wird die Vorrichtung gedreht. In

tors D ist wiederum auf einem Potential von einem solchen Fall kann das Polstück P durch eine

+200 Volt gehalten. Metallplatte mit einem kleinen Loch oder Schlitz

Auf Grund der negativen Aufladung der Elektro- zum Durchtritt des Primärelektronenstrahls ersetzt

de E bezüglich der Oberfläche des untersuchten Fest- 5 werden. Die Elektrode E wird dann in das Zentrum

körpers S ergibt sich ein auf die Sekundärelektronen dieser Platte eingesetzt.

bremsend wirkendes elektrostatisches Feld, so daß Die Erfindung ist· vorstehend in Verbindung mit

das mit der Vorrichtung zu gewinnende Signal kaum einem Primärelektronenstrahl geschildert, der einen

Informatiom η über die Richtung der Bewegungsbah- bestimmten kleinen Bereich der Oberfläche eines

nen der emittierten Sekundärelektronen enthält. io Festkörpers S synchron mit der Ablenkung in einer

Zwar ist eine divergierende Wirkung auf die Sekun- Kathodenstrahlröhre abtastet, auf deren Schirm das

därelektronen gegeben, doch herrscht der Bremsci- Bild des abgetasteten Bereichs hervorgebracht wird,

fekt vor. Kontraste des elektrischen Potentials zwi- üidem das gewonnene Signal die Helligkeit des

sehen verschiedenen Bereichen der abgetasteten Lichtpunktes der Kathodenstrahlröhre steuert. Statt

Oberfläche vom Festkörper S haben monotone Si- 15 dessen kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch

gnaländerungen zur Folge, d.h. die entsprechende zur Untersuchung zeitlich veränderlicher Erscheinun-

Beziehung hat innerhalb des normalen Betriebsberei- gen benutzt werden, wobei beispielsweise mit statio-

ches,keine Maxima oder Minima. Es ist also eine di- närem Primärelektronenstrahl oder mit emdimensio-

rekte und kontinuierliche Beziehung zwischen dem naler Linienabtastung gearbeitet wird. Ist eine perio-

Potential der Oberfläche des untersuchten Festkör- ao dische Änderung der zu untersuchenden Erscheinun-

pers5 und dem cr'">ltenen Signal gegeben. Durch gen gegeben, dann kann mit Stroboskoptechnik gear-

Veränderung des Foteitials an der Elektrode £ kann beitet werden. Dies ist insbesondere von Bedeutung

die Symmetrie dieser Ijcziehung gesteuert werden. bei der Untersuchung von Wechselstrom-Wellenfor-

Dicht an der Oberfläche des untersuchten Festkör- men bei einem ausgewählten Punkt der Oberfläche

persS kann eine zusätzliche ringförmige Elektrode R 25 einer Mikroschaltung.

vorgesehen sein, welche auf negativem Potential Ebenfalls ist bei der vorstehenden Schilderung von

hegt. Dadurch kann die Beziehung oder Abhängig- Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrich-

keit zwischen dem Potential an der Oberfläche de;, t'jng lediglich auf elektrostatische Felder zur Beein-

FestkörpcrsS und dem Signal im Detektor/) beein- flussung der Bewegungsbahnen der Sekundärelektro-

flußt werden, insbesondere die Linearität dieser Be- 30. nen Bezug genommen. Es ist jedoch möglich, die

ziehung oder Abhängigkeit verbessert werden. elektrostatischen Felder durch überlagerte magneti-

Mii der Ausfiihrungsform gemäß Fig.4 kann ins- sehe Felder zu modifizieren, die durch eeetenet an-

beauiiuuiL· das Verhauen von Mikroschaitkreisen un-· geordnete Permanent- oder Elektromägnete"erzeugt

tcrsucht und festgestellt werden. Mit einer linearen sind. Auch ist es möglich, statt eines elektrostati-

Signalcharakteristik können Gleichspannungen und 35 sehen Feldes ausschließlich ein magnetisches Feld

Wechselstrom-Wellenformen bei einer Mikroschal- vorzusehen, beispielsweise erzeugt durch zwei axial

tung oder Schaltungselementen mit nur geringer Ver- aneinandergesetzte, als Ringwicklungen ausgebildete

zerrung ermittelt werden. Elektromagnete, die statt des Schirms C vorgesehen

Der Primärelektronenstrahl muß nicht senkrecht sind. Es ist bekannt, daß elektrostatisch hervorzuru-

auf die Oberfläche des untersuchten Festkörpers S 40 fende Wirkungen auch mittels magnetischer Felder

auftreffen. Der Einfallwinkel kann zwischen 0 und hervorgebracht werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Empfang von Sekundärelektronen bei der Analyse von Festkörpern mit einer Elektronenstrahl-Mikrosonde, wobei ein Elektronendctektor vorgesehen ist, der, vom Aufprallpunkt gesehen, nur einen kleinen Raumwinkel einnimmt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines elektrisehen und/oder magnetischen Feldes, das die Sekundärelektroncn in bezug auf eine zur Oberfläche des Festkörpers (S) senkrechte Gerade radial nach außen beschleunigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektrostatischen Felderzeugung ein zylindrischer Schirm (C) vorgesehen ist, der auf einem gegenüber dem Festkörper (S) positiven oderetv.» demselben Potential gehalten ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (D) sich eintrittsseitig nur über einen kleineren Teil des Umfangs vom Schirm (C) erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer sich eintrittsseitig über einen kleineren Teil des Umfangs vom Schirm (C) erstreckender Detektor vorgesehen ist.

5. Vorrichtung uach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, ώ j der Schirm (C) sich über den größeren TJl der gegenseitigen Entfernung von Festkörper (S) und - jrn Endpolstück (P) der Objektivlinse einer Primärelektronenstrahl-Fokussiereinrichtung erstreckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Schirm auf einem gegenüber dem Festkörper positiven Potential gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Polstück (P) oder eine darüber angeordnete Platte und der Festkörper (S) etwa auf demselben Potential gehalten sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Schirm auf einem gegenüber dem Festkörper positiven Potential gehalten ist, oder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Schirm (C) zugewandten Seite des Polstücks (P) bzw. der Platte eine auf einem gegenüber dem Festkörper (S) positiven Potential gehaltene Elektrode (E) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Schirm (C) zugewandten Seite des Polstücks (P) bzw. der Platte eine Elektrode (E) angeordnet ist, und daß der Festkörper (S) sowie der Schirm (C) auf im wesentlichen demselben Potential liegen, wahrend die Elektrode (E) auf einem gegenüber dem Festkörper (S) negativen Potential gehalten ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Elektrode (R) vor der Oberfläche des Festkörpers (S) vorgcsehen ist, welche auf einem veränderlichen, von dem Potential der Festkörperoberfläche unabhängigen Potential liegt.

K). Vorrichtung nach Anspruch 5, 7, 8 oder", dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (D) auf einem gegenüber dem Potential des Schirms (C) positiven Potential gehalten ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (D) und der Schirm (C) etwa auf demselben Potential Ik-gen.