DE1047333B

DE1047333B - Method and device for the electron microscopic imaging of electrical potential fields and / or surfaces

Info

Publication number: DE1047333B
Application number: DEL21553A
Authority: DE
Inventors: Guenter Bartz; Gustav Weissenberg; Detmar Wiskott
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1955-03-28
Filing date: 1955-03-28
Publication date: 1958-12-24

Description

DEUTSCHESGERMAN

In der Patentanmeldung L 15425 VIII c/21 g ist ein Verfahren zur elektronenmikroskopischen Abbildung von elektrischen Potentialfeldern vorgeschlagen worden, bei dem Elektronen auf ein abzubildendes Objekt hin beschleunigt und an Äquipotentialflächen in unmittelbarer Nähe des Objekts reflektiert werden. Mit den reflektierten Elektronen, die dann erneut auf einen Leuchtschirm hin beschleunigt werden, wird durch, elektronenoptische Mittel eine Abbildung der Potential verteilung in unmittelbarer Objektnähe, die ihrerseits von der Oberflächengestalt des Objekts bzw. der Objektstruktur abhängt, auf dem Leuchtschirm erzeugt. Zur Trennung des auf das Objekt hinlaufenden und des reflektierten Elektronenstrahls werden magnetische Umlenkfelder verwendet.Patent application L 15425 VIII c / 21 g describes a method for electron microscopic imaging of electric potential fields have been proposed, in which electrons are imaged on a The object is accelerated and reflected at equipotential surfaces in the immediate vicinity of the object. With the reflected electrons, which are then accelerated again towards a fluorescent screen, becomes by, electron-optical means an image of the potential distribution in the immediate vicinity of the object, the in turn depends on the surface shape of the object or the object structure on the luminescent screen generated. In order to separate the electron beam going towards the object and the reflected electron beam magnetic deflection fields used.

Es hat sich nun gezeigt, daß durch Änderung des Objektpotentials gegenüber dem Kathodenpotential außerordentlich plastische und kontrastreiche Bilder von der Objektoberfläche erhalten werden können, wenn das Objekt auf dem gleichen oder einem etwas höheren Potential als die Kathode liegt. Bei gleichem oder schwach positivem Potential wird erreicht, daß ein Teil der Elektronen auf dem Objekt landet (Landeeffekt) und dadurch für die Abbildung mittels Reflexion ausscheidet. Erhöht man nun das positive Potential des Objekts noch geringfügig, dann tritt eine Sekundäremission auf, die durch die mit sehr geringer Energie auftreffenden Elektronen ausgelöst wird. Es hat sich gezeigt, daß bereits sehr kleine Einlaufsspannungen genügen, um ausreichend Sekundärelektronen aus dem Objekt zur Erzeugung eines kontrastreichen Bildes auf dem Leuchtschirm auszulösen.It has now been shown that by changing the object potential compared to the cathode potential extremely vivid and high-contrast images can be obtained from the object surface, when the object is at the same or a slightly higher potential than the cathode. With the same or weak positive potential is achieved that some of the electrons land on the object (Landing effect) and is therefore excluded from the illustration by means of reflection. If you now increase the positive If the potential of the object is still slight, then a secondary emission occurs, which is caused by the very low energy impacting electrons is triggered. It has been shown that even very small inlet stresses suffice to get enough secondary electrons from the object to generate a high contrast Trigger the image on the luminescent screen.

Bei dem vorliegenden Verfahren zum elektronenmikroskopischen Abbilden von Potentialflächen und/ oder Objektoberflächen mittels einer Auflichtbeleuchtung, bei dem die auf das Objekt hin beschleunigten Elektronen von den zur Abbildung beitragenden Elektronen durch mindestens ein magnetisches Umlenkfeld getrennt werden, wird erfindungsgemäß das Objektpotential so eingestellt, daß entweder die Elektronen alle vor dem Erreichen des Objekts reflektiert werden oder mindestens teilweise das Objekt erreichen oder aber mit einer solchen Energie auf das Objekt auftreffen, daß sie so viele Sekundärelektronen auslösen, wie zur Bilderzeugung erforderlich sind.In the present method for the electron microscopic imaging of potential surfaces and / or object surfaces by means of incident light illumination, in which the accelerated towards the object Electrons from the electrons contributing to the image through at least one magnetic deflection field are separated, the object potential is set according to the invention so that either the electrons all are reflected before reaching the object or at least partially reach the object or they hit the object with such an energy that they have so many secondary electrons trigger as necessary to generate the image.

Im Gegensatz zu der bisher bekannten elektronenmikroskopischen Abbildung durch Sekundär elektronen, die durch ein Elektronen- oder Ionenbombardement mit hohen Energien ausgelöst werden, wird durch das vorliegende Verfahren eine Schädigung des Objekts mit Sicherheit vermieden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der chromatische Fehler der Sekundäremission wesentlich kleiner als bei den bisher bekannten Verfahren ist.In contrast to the previously known electron microscopic imaging using secondary electrons, triggered by a bombardment of electrons or ions with high energies Damage to the object is definitely avoided by the present method. Another The advantage is that the chromatic error of the secondary emission is much smaller than is in the previously known method.

Verfahren und VorrichtungMethod and device

zur elektronenmikroskopischen Abbildung von elektrischen Potentialfeldernfor the electron microscopic imaging of electric potential fields

und/oder Oberflächenand / or surfaces

Zusatz zur Patentanmeldung L 15425 VIIIc/21g
(Auslegescfcrift 1014 245)Addition to patent application L 15425 VIIIc / 21g
(Auslegescfcrift 1014 245)

Anmelder:Applicant:

Ernst Leitz G.m.b.H.,
Wetzlar/Lahn, Laufdorfer WegErnst Leitz GmbH,
Wetzlar / Lahn, Laufdorfer Weg

Günter Bartz, Dutenhofen (Kr. Wetzlar/Lahn),Günter Bartz, Dutenhofen (Kr.Wetzlar / Lahn),

Gustav Weissenberg, Wetzlar/Lahn,Gustav Weissenberg, Wetzlar / Lahn,

und Detmar Wiskott, Marburg/Lahn,and Detmar Wiskott, Marburg / Lahn,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

In einer weiteren Ausbildung des vorliegenden Verfahrens wird mittels mindestens eines zusätzlichen Strahlerzeugers das Objekt zur Sekundäremission durch Beschüß mit Elektronen, die mit sehr geringer Energie auf das Objekt auf treffen, angeregt und einerseits durch die Sekundärelektronen, andererseits durch die an dem Potentialfeld reflektierten Elektronen entsprechend dem Verfahren nach der Hauptpatentanmeldung auf dem Leuchtschirm abgebildet. Durch entsprechende Einstellung der Spannungen an den Wehneltzylindern der Elektronenquellen können entweder gleichzeitig Mischbilder durch reflektierte und sekundär emittierte Elektronen erzeugt oder aber auch wahlweise die entsprechenden Einzelbilder sichtbar gemacht bzw. ein stetiger Übergang von einem Bild zum anderen erreicht werden.In a further embodiment of the present method, at least one additional Beam generator sets the object for secondary emission by bombarding it with electrons, which are very low Energy hitting the object, excited and on the one hand by the secondary electrons, on the other hand by the electrons reflected at the potential field according to the method according to the main patent application shown on the luminescent screen. By setting the voltages accordingly the Wehnelt cylinders of the electron sources can either simultaneously mixed images through reflected and secondarily emitted electrons are generated or, alternatively, the corresponding individual images made visible or a steady transition from one image to another can be achieved.

Bei Verwendung von mehr als einem zusätzlichen Strahlerzeuger zur Anregung einer Sekundäremission ist es zweckmäßig, diese derart unter geeigneten Winkeln zueinander anzuordnen, daß die durch aus verschiedenen Richtungen auf die Objektoberfläche auf treffende Elektronen ausgelösten Sekundär elektronen, die zur Abbildung der Objektoberfläche dienen, einwandfreie Rückschlüsse auf die Oberflächengestalt ermöglichen. So ist es zweckmäßig, bei Verwendung von zwei zusätzlichen Strahlerzeugern diese unter einem Winkel von 90° zueinander anzuordnen.When using more than one additional beam generator to excite a secondary emission it is appropriate to arrange them at suitable angles to each other in such a way that the through out secondary electrons released in different directions on the object surface on impacting electrons, which serve to depict the object surface, correct conclusions about the surface shape enable. When using two additional beam generators, it is advisable to place them under to be arranged at an angle of 90 ° to each other.

In der Zeichnung ist schematisch eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens dargestellt. Von einemIn the drawing, a device for performing the method is shown schematically. Of a

809 700/457809 700/457

Strahlerzeuger I, der aus der Kathode 1, dem Wehneltzylinder 2 und der Beschleünigüngsanode 3 besteht, werden die Elektronen durch einen Kondensator 4 und ein magnetisches Umlenkfeld 5'auf das Objekt 6 zu beschleunigt. Das Objekt 6 liegt sowohl 5 an dem Minuspol einer Hoehspannungsquelle 7 als auch an der Mitte einer zweiten (Nieder-) Spannungsquelle 8, die von zwei Potentiometern 9 und 10 überbrückt ist. An dem Mittelabgriff des Potentiometers 9 liegt die Kathode 1, so daß das Potential des Objekts 6 gegenüber dem der Kathode 1 veränderlich ist.Beam generator I, which consists of the cathode 1, the Wehnelt cylinder 2 and the acceleration anode 3, the electrons are transferred to the through a capacitor 4 and a magnetic deflection field 5 ' Object 6 accelerates. Object 6 is both 5 at the negative pole of a high voltage source 7 as well as at the middle of a second (low) voltage source 8, which is bridged by two potentiometers 9 and 10. At the center tap of the potentiometer 9 is the cathode 1, so that the potential of the object 6 with respect to that of the cathode 1 is variable is.

Zwischen dem Umlenkfeld 5 .und idem Objekt ist eine Elektronenlinse 11 angeordnet, deren Brennweite gegebenenfalls veränderlich ist. Durch die Linse 11 wird ein Zwischenbild 12 in der Nähe einer weiteren, zwischen dem Umlenkfeld 5 und dem Leuchtschirm 13 angeordneten Elektronenlinse 14 erzeugt.Between the deflection field 5. And the object is an electron lens 11 is arranged, the focal length of which is optionally variable. Through the lens 11 becomes an intermediate image 12 in the vicinity of another, between the deflection field 5 and the luminescent screen 13 arranged electron lens 14 is generated.

Der Pluspol der Hoehspannungsquelle 7 ist ebenso wie das (nicht gezeichnete) Vakuumgefäß, in dem die gesamte Vorrichtung angeordnet ist, geerdet.The positive pole of the high voltage source 7 is just like the (not shown) vacuum vessel in which the entire device is arranged, grounded.

Außer dieser im wesentlichen durch die Hauptpatentanmeldung bekannten Anordnung ist in dem Vakuumgefäß ein zusätzlicher Strahlerzeuger II vorgesehen, der aus der Kathode 15, dem Wehneltzylinder 16 und der Beschleunigungsanode 17 besteht. Die Kathode 15 ist mit dem Mittelabgriff des Potentiometers 10 verbunden, so daß das (im Betriebsfall stets negative) Potential der Kathode 15 gleichfalls gegenüber dem Objektpotential veränderlich ist. Durch Änderung der Potemtialdifferenz zwischen dem Objektiv und Objekt ist der Winkel, unter dem die auf einer Parabelbahn laufenden Elektronen auf das Objekt 6 auf treffen, einstellbar. Aus Raumgründen ist es zweckmäßig, die von dem Strahlerzeuger II kommenden Elektronen durch eine entsprechende Bohrung 18 in der Elektronenlinse 11 in Richtung auf das Objekt laufen zu lassen.Besides this arrangement, which is essentially known from the main patent application, is in the Vacuum vessel an additional jet generator II is provided, which consists of the cathode 15, the Wehnelt cylinder 16 and the acceleration anode 17 consists. The cathode 15 is with the center tap of the potentiometer 10 connected, so that the potential of the cathode 15 (always negative in operation) also is variable compared to the object potential. By changing the potential difference between the Objective and objective is the angle at which the electrons moving on a parabolic path hit the Object 6 hit, adjustable. For reasons of space, it is advisable that the jet generator II Coming electrons through a corresponding hole 18 in the electron lens 11 in the direction to run on the object.

Beim Strahlerzeuger I kann statt des Einfachkondensors 4 auch ein Doppelkondensor Verwendung finden, beim Strahlerzeuger II kann gegebenenfalls ein Kondensor zugeschaltet werden. Für die Spannungsquelle 7 sind Spannungen von etwa 5 kV bis etwa 100 kV vorgesehen, für die Spannungsquelle 8 eine Spannung, die kleiner ist als 500 Volt.With the jet generator I, instead of the single condenser 4, a double condenser can also be used; in the case of the jet generator II, a Condenser can be switched on. For the voltage source 7 are voltages from about 5 kV to about 100 kV provided, for the voltage source 8 a voltage that is less than 500 volts.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Wird das Potential der Kathode 1 mittels des Potentiometers 9 so eingestellt, daß das Objekt 6 negativ gegenüber der Kathode 1 ist, dann werden die von der Kathode 1 ausgehenden und durch die Anode 3 und das Umlenkfeld 5 auf das Objekt zu beschleunigten Elektronen kurz vor dem Erreichen der Objektoberfläche an einer Potentialfläche reflektiert. Die Form dieser Potentialfläche ist von der Gestalt bzw. Struktur der Oberfläche des Objekts abhängig. Durch die Linsen 11 und 14 wird mittels dieser reflektierten Elektronen ein Bild der Potentialfläche auf dem Leuchtschirm 13 erzeugt. Wird nun das Kathodenpotential mittels des Potentiometers 9 so verändert, daß das Objekt 6 schließlich positiv gegenüber der Kathode 1 wird, dann werden zunächst in zunehmendem Maß die Elektronen auf dem Objekt 6 landen, so daß sie für die Abblildung ausfallen, und schließlich sogar Sekundärelektronen, die dann ihrerseits zur Abbildung des Objekts beitragen, auslösen. Der Übergang von der einen Abbildungsart zur anderen bewirkt einen Übergang von einem »Negativ« zu einem »Positiv«. Gleichzeitig ist dadurch aber auch eine »Tiefenauflösung« der Objektoberfläche möglich.The mode of operation of the device is as follows: If the potential of the cathode 1 is determined by means of the potentiometer 9 adjusted so that the object 6 is negative with respect to the cathode 1, then those of the cathode 1 outgoing and accelerated through the anode 3 and the deflection field 5 onto the object Electrons are reflected on a potential surface shortly before they reach the object surface. the The shape of this potential surface depends on the shape or structure of the surface of the object. By the lenses 11 and 14 creates an image of the potential surface on the by means of these reflected electrons Luminescent screen 13 is generated. If the cathode potential is now changed by means of the potentiometer 9, that the object 6 is finally positive with respect to the cathode 1, then initially in increasing Measure the electrons land on the object 6 so that they fail for imaging, and finally even trigger secondary electrons, which in turn contribute to the imaging of the object. The transition from one type of image to the other causes a transition from one "negative" to one "Positive". At the same time, however, a »depth resolution« of the object surface is also possible.

Durch Anordnung des zusätzlichen Strahlerzeuger^ Il ist nun eine Mischung dieser Abbildungsarten erreichbar. Da die Elektronen des Strahlerzeugers II außerdem schräg" auf die Oberfläche des Objekts 6 auftreffen, bilden sich Schatten hinter den vorstehenden Teilen der Objektoberfläche heraus, wodurch die Plastik der Abbildungen außerordentlich erhöht wird. Bei der Verwendung von zwei zusätzlichen Strahlerzeugern werden diese zweckmäßig unter einem Winkel von 90° zueinander angeordnet, d. h. der zweite zusätzliche Strahlerzeuger würde dann entweder vor oder hinter der Zeichenebene liegen.By arranging the additional beam generator ^ II there is now a mixture of these types of imaging accessible. Since the electrons of the beam generator II also “obliquely” onto the surface of the object 6 hitting, shadows form behind the protruding parts of the object surface, whereby the Plastic of the pictures is greatly enhanced. When using two additional beam generators these are expediently arranged at an angle of 90 ° to one another, d. H. the The second additional beam generator would then be either in front of or behind the plane of the drawing.

Claims

Claims ·.

1. Method for the electron microscopic imaging of potential surfaces and / or object surfaces by means of incident light, in which the accelerated towards the object Electrons from the electrons contributing to the image through at least one magnetic Deflection field are separated, according to patent application L 15425 VIIIc / 21g, characterized in that the object potential is adjusted so that either the electrons all before reaching of the object are reflected or at least partially reach the object or with a such energy to hit the object on that they release as many secondary electrons as are required to generate the image.

2. The method according to claim 1, characterized in that that at least one additional beam generator is provided from which electrons are accelerated in the direction of the object in such a way that they are with little energy (<200 volts) hit the object and trigger additional secondary electrons there.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at the same time secondary electrons and reflected electrons are used for imaging.

4. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized in that the Cathode potential of the beam generator (I) can be regulated with respect to the object potential.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that at least one magnetic Deflection device for the electrons to be accelerated onto the object and for those used for imaging contributing electrons is provided.

6. Device for performing the method according to claim 2 or 3, characterized in that that at least one additional beam generator (II) is provided, the cathode potential of which is independent from that of the first beam generator can be regulated with respect to the object potential.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that when using at least two additional beam generators these spatially at such an angle to each other are arranged so that the object is reached from different sides by the electrons will.

1 sheet of drawings