DE19620821A1

DE19620821A1 - Elektronenmikroskop und Probenbetrachtungsverfahren unter Verwendung desselben

Info

Publication number: DE19620821A1
Application number: DE19620821A
Authority: DE
Inventors: Yoshimi Kawanami; Shigeyuki Hosoki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-05-24
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 1996-11-28
Also published as: JPH08313544A; US5767516A

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektronenmikroskop, das zur Feh leranalyse und zur Untersuchung elektronischer Bauteile ver wendet wird, die aus Halbleiter- oder Supraleitermaterialien bestehen.

Die Erfindung dient zur Betrachtung fester Proben; der Kürze halber wird jedoch im folgenden überwiegend von "Probe" an statt von "fester Probe" gesprochen.

Mit zunehmender Beschleunigung der Integration integrierter Halbleiterschaltungen und der Miniaturisierung von Halblei terbauteilen haben elektrische Defekte im aktiven Bereich eines Halbleiters, auch wenn sie mit extrem kleinem Ausmaß vorliegen, zunehmend starke Auswirkung auf die Eigenschaften der Bauteile. Die elektrische Leitung innerhalb des Volumens eines Halbleiters sowie andere Eigenschaften werden durch Leitungselektronen verursacht, d. h. durch Elektronen in der Nähe des Ferminiveaus. Diese Leitungselektronen bewegen sich direkt über die mittlere freie Weglänge, wenn jedoch im Ver lauf dieses Wegs Fremdstoffe oder Kristalldefekte vorliegen, kommt es zu einer Anzahl verschiedener Streuvorgänge in der Nachbarschaft, und es treten Störungen hinsichtlich der Richtung und der Richtungsverteilung der Elektronen auf. Ein Bereich, in dem örtlich eine Anomalität der elektrischen Leitung auftritt, wird als elektrischer Defekt bezeichnet. Ein Bereich, in dem in einem pn-Übergang, an den eine Span nung in Sperrichtung angelegt ist, ein großer Leckstrom auf tritt, ist ebenfalls eine Art der vorstehend angegebenen elektrischen Defekte.

Bisher bestand keine Maßnahme zum direkten Messen der Posi tion und der Streustärke elektrischer Defekte im Mikrometer maßstab innerhalb eines Bauteils, wie indirekt z. B. mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) gemessen. Ein derartiges TEM strahlt Elektronen mit großer Energie von un gefähr 100 keV auf eine Probe, so daß ein innerhalb einer Probe vorliegender Kristalldefekt durch die Beobachtung ört licher Kristallstrukturen erkannt werden kann (siehe S. 181 bis 187 von "Micro-Beam Analysis", veröffentlicht 1985 von Asakura Syoten).

Inzwischen existieren Rastertunnelmikroskope (RTM) und Emis sionsmikroskope (EM) als Mittel zum Beobachten des Zustands von Leitungselektronen an der Oberfläche einer Probe. Der elektronische Zustand und die Dichteverteilung der Zustände an der Oberfläche einer Probe können durch ein RTM beobach tet werden. (Siehe S. 236 bis 244 im Band 126 von "Surface Science", veröffentlicht 1983.) Das Ausmaß der Elektronen emission von der Oberfläche einer Probe, d. h. die Vertei lung der Austrittsfunktion an der Oberfläche der Probe kann durch ein EM beobachtet werden. (Siehe S. 251 bis 255 im Band 18 von "Advances in Electronics and Electron Physics", veröffentlicht von Academic Press, New York.).

Beim vorstehend beschriebenen Verfahren zum indirekten Mes sen der Position und der Streustärke eines elektrischen De fekts im Mikrometermaßstab innerhalb eines Bauteils durch Beobachten von Kristalldefekten mittels eines TEM bestehen die folgenden Schwierigkeiten. Erstens kann der Rang eines mit einem TEM beobachteten Kristalldefekts nicht als z. B. elektrischer Defekt bewertet werden. Zweitens muß eine Probe in dünne Stücke von einigen 100 nm oder geringerer Dicke zerschnitten werden, um sie mit einem TEM betrachten zu kön nen, da der auf die Probe gestrahlte Elektronenstrahl durch diese hindurchtreten muß, wobei wegen der geringen Dicke die Wahrscheinlichkeit, daß ein Kristalldefekt aufgefunden wird, gering ist. D. h., daß es unmöglich ist, eine Probe z. B. im Mikrometerbereich zu unterteilen, so daß Bereiche, in denen Kristalldefekte existieren, enthalten sind. Selbst wenn ein Kristalldefekt glücklicherweise gefunden werden kann, kann nicht geschlossen werden, daß dieser Kristalldefekt tatsäch lich einen elektrischen Defekt verursacht.

Indessen sind RTMs und EMs Mittel zum Beobachten der Zustän de von Leitungselektronen an der Oberfläche einer Probe, je doch kann keine Information zur elektrischen Leitung inner halb einer Probe erhalten werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektronen mikroskop und ein Probenbetrachtungsverfahren zu schaffen, durch die elektrische Defekte direkt und einfach gemessen werden können.

Die vorstehend angegebene Aufgabe wird durch ein Elektronen mikroskop und ein Elektronenbetrachtungsverfahren gelöst, bei denen Leitungselektronen innerhalb einer Probe aus dieser herausgestrahlt werden, nachdem ein Energieniveau der Elektronen (ein Energieniveau im Leitungsband) ausgewählt wurde, wobei durch diese emittierten Leitungselektronen ein mild der Probe erstellt wird, das betrachtet werden kann.

Ein erfindungsgemäßes Elektronenmikroskop kann so aufgebaut sein, daß Elektronen innerhalb einer Probe aus dieser her ausemittiert werden und das Bild der Probe durch diese emit tierten Elektronen erzeugt wird. Genauer gesagt, erfolgt dies mit einem Elektronenmikroskop, das mit folgendem verse hen ist: einer Halteeinrichtung (einem Halter) zum Halten der zu betrachtenden Probe; einer Bilderzeugungseinrichtung (einem elektronenoptischen System) zum Erzeugen eines elek tronischen Bilds durch von der Probe emittierten Elektronen; und einer Erfassungseinrichtung (einem Detektor) zum Erfas sen des Elektronenbilds, mit einer Elektrode, die zwischen der Halteeinrichtung und der Bilderzeugungseinrichtung so angeordnet ist, daß sie unter Einhaltung eines mikroskopi schen Zwischenraums einem Bereich an der Oberfläche der Probe gegenübersteht, von der Elektronen emittiert werden, wobei eine Potentialdifferenz zwischen die Elektrode und die Probe angelegt wird, um durch den Tunneleffekt Elektronen aus der Oberfläche der Probe herauszuziehen. Unter Verwen dung einer ausreichend dünnen Dünnfilmelektrode als vorste hend genannte Elektrode können die aus der Oberfläche der Probe durch den Tunneleffekt herausgezogenen Elektronen die Dünnfilmelektrode durchlaufen und von derjenigen Seite der selben emittiert werden, die abgewandt zu der Seite liegt, von der Elektronen von der Probe empfangen werden, um ein elektronisches Bild aufgrund der Elektronen zu erzeugen, die diese Dünnfilmelektrode durchlaufen haben und von ihr emit tiert werden. Wie oben beschrieben, wird zwischen die Dünn filmelektrode und die Probe eine Potentialdifferenz so ange legt, daß sich die Filmelektrode am positiven Potential in bezug auf die Probe befindet.

Es ist erwünscht, daß am vorstehend angegebenen Elektronen mikroskop eine Zwischenraum-Einstelleinrichtung zum Steuern des Zwischenraums zwischen der Probe und der Elektrode (Dünnfilmelektrode) vorhanden ist und daß an ihm auch eine Positioniereinrichtung zum Ändern der relativen Positions beziehung zwischen der Probe und der Dünnfilmelektrode in der Richtung parallel zur Oberfläche der Probe vorhanden ist. Die Zwischenraum-Einstelleinrichtung sollte so aufge baut sein, daß der genannte Zwischenraum unter Verwendung des Tunnelstroms oder der zwischen der Probe und der Dünn filmelektrode erzeugten Atomkraft eingestellt wird.

Zum Verringern der Austrittsarbeit für Elektronen aus der Dünnfilmelektrode kann auf der Seite derselben, die der Probe abgewandt ist, mit einer Überzugsschicht versehen sein, sie kann so ausgebildet sein, daß sie auf der Seite der Probe konvex ist, und ferner kann eine Einrichtung zum Liefern von Strom an die Probe vorhanden sein.

Eine Lichteinstrahleinrichtung (optisches Lichteinstrahl system mit einer Lichtquelle) zum Einstrahlen von Licht auf die Probe kann ebenfalls am Elektronenmikroskop vorhanden sein, um Elektronen in der Probe anzuregen.

Es ist erwünscht, daß die elektronische Bilderzeugungsein richtung (elektronenoptisches System) so aufgebaut ist, daß sie durch Fokussieren von aus der Oberfläche der Probe abge zogenen Elektronen ein vergrößertes Bild zum Bild innerhalb der Probe erzeugt.

Ein erfindungsgemäßes Probenbetrachtungsverfahren umfaßt mindestens einen Schritt zum Emittieren von Leitungselektro nen von innerhalb der Probe von deren Oberfläche nach außen sowie einen Schritt zum Erzeugen eines elektronischen Bilds des Inneren der Probe mittels der aus ihr emittierten Lei tungselektronen. Dieses Verfahren kann ferner einen Schritt zum Erfassen des erzeugten elektronischen Bilds und einen Schritt zum Anzeigen desselben erfassen.

Es ist erwünscht, daß beim vorstehend angegebenen Schritt zum Emittieren von Leitungselektronen aus der Probe Lei tungselektronen emittiert werden, nachdem das Energieniveau derselben innerhalb der Probe ausgewählt wurde.

Genauer gesagt, wird beim obigen Schritt zum Emittieren von Leitungselektronen aus der Probe eine Filmelektrode einem Bereich der Oberfläche der Probe, aus dem Leitungselektronen emittiert werden, unter Einhaltung eines Zwischenraums zwi schen der Filmelektrode und der Probe gegenüberstehend ange ordnet und zwischen die Probe und die Filmelektrode wird eine Potentialdifferenz so angelegt, daß Tunnelemission von Leitungselektronen aus der Inneren der Probe zur Filmelek trode hervorgerufen wird. Ferner wird ein emittiertes Tun nelelektron durch die Filmelektrode hindurchgestrahlt und von der Fläche derselben emittiert, die der der Probe zuge wandten Fläche abgewandt ist. Beim Schritt zum Erzeugen eines elektronischen Bilds wird ein solches, das Inneninfor mation zur Probe enthält, durch ein elektronenoptisches System mittels der von der Filmelektrode emittierten Elek tronen erzeugt. Ferner kann das Innere der Probe dadurch betrachtet werden, daß dieses elektronische Bild erfaßt und angezeigt wird.

Beim Schritt zum Emittieren von Leitungselektronen aus der Probe kann innerhalb derselben ein Strom erzeugt werden, um Elektronen im Inneren anzuregen, und/oder die Probe kann mit Licht bestrahlt werden. Zwischen eine Überzugsschicht und die Probe kann eine Potentialdifferenz angelegt werden, wo bei diese Überzugsschicht in Form einer Schicht aus einem leitenden Material auf die Probe aufgebracht ist.

Ferner kann, nachdem ein innerhalb einer Probe zu betrach tender Bereich beim erfindungsgemäßen Verfahren spezifiziert wurde, dieser Bereich durch ein anderes geeignetes Betrach tungs- oder Analyseverfahren betrachtet oder analysiert wer den.

Bevor die Wirkung der Erfindung beschrieben ist, sei zu nächst das Verhalten von Leitungselektronen in einer festen Probe unter Bezugnahme auf Fig. 2 schematisch beschrieben. Jedes Atom besteht aus einem Atomkern sowie Elektronen, die negative elektrische Ladungen aufweisen und sich periodisch um den positiv geladenen Atomkern bewegen, wobei ein Zusam menhalt aufgrund Coulombanziehung besteht. Gebundene Elek tronen werden als Valenzelektronen bezeichnet, und sie sind abhängig von der Potentialbeziehung zwischen dem Bewegungs bereich und dem Atomkern mit verschiedenen Energien ε ver sehen. Innerhalb einer festen Probe, die eine Zusammenbal lung derartiger Atome ist, wird die Anziehung, aufgrund der der Atomkern jedes Atoms Elektronen bindet, durch die Anzie hung vom Atomkern des benachbarten Atoms beeinflußt und ge schwächt, weswegen ein Elektron, das sich in einem weit von einem Atomkern entfernten Bereich bewegt, die Bindung zu nur einem Atomkern verliert und sich frei in der Probe bewegt. Ein Elektron mit einer Energie ε, die zu keiner Bindung an nur einen einzigen Atomkern führt, wird als Leitungselektron bezeichnet. Da jedoch Atome, die die Oberfläche einer festen Probe bilden, zumindest an einer Seite keinem anderen Atom benachbart sind, nämlich an der nach außen zeigenden Seite, ist die Bindungs(Anziehungs)-Kraft eines Elektrons auf der Seite der Oberfläche nicht verringert. Daher können Lei tungselektronen die feste Probe nicht verlassen.

In einem Atom und in einer aus Atomen bestehenden Probe ist der Bereich, in dem Valenzelektronen und Leitungselektronen existieren, d. h. sich bewegen, auf eine Elektronenbahn ent sprechend der Energie ε (sogenanntes Energieniveau) jedes Elektrons beschränkt, und jede Bahn kann nur von zwei Elek tronen mit jeweils verschiedenem Spin belegt werden. Das im Energiebanddiagramm von Fig. 2 dargestellte Valenzband und das Leitungsband enthalten jeweils Elektronenbahnen für Va lenzelektronen oder Leitungselektronen mit verschiedenen Energieniveaus, während in einem schraffierten Bereich Elek tronen in jeder beliebigen Elektronenbahn existieren. (Die Anzahl von Elektronenbahnen auf jedem Energieniveau ist als Zustandsdichte ausgedrückt.) Das höchste Energieniveau, bei dem ein Leitungselektron im Leitungsband existiert, wird als Ferminiveau (oder als Fermifläche) bezeichnet und als ε_F wiedergegeben. Die Energie, die der Differenz zwischen einem Vakuumniveau (Energieniveau eines Elektrons, das durch keine Anziehung von einem Atomkern beeinflußt wird, und dem Fermi niveau entspricht, d. h. die sogenannte Austrittsarbeit Φ (für das die Oberfläche einer festen Probe bildende Material spezifisch) ist dazu erforderlich, daß ein Leitungselektron eine Probe verläßt. Tatsächlich ist die Zustandsdichte D(ε) von Leitungselektronen in einem Energieniveau in der Nähe von ε_F mit einem "Unschärfebereich" der Breite k_BT (k_B: Boltzmannkonstante) mit ε_f als Zentrum, abhängig von der ab soluten Temperatur T der Probe versehen, wie in Fig. 2 dar gestellt. D. h., daß, da in diesem Unschärfebereich auf dem Energieniveau ε eine nicht mit einem Elektron belegte leere Elektronenbahn existiert, ein Elektron auf diesem Energie niveau ε dadurch frei innerhalb der Probe laufen kann, daß es auf die angegebene leere Elektronenbahn wechselt. Anders gesagt, kann sich ein Elektron auf dem Energieniveau ε, das niedriger als das Energieniveau dieses Bereichs liegt, sogar dann, wenn es ein Leitungselectron ist, nicht frei innerhalb einer Probe bewegen, solange es nicht durch von außen zuge führte Strahlung mit hoher Energie angeregt wird, da auf dem genannten Energieniveau keine "leere Elektronenbahn" exi stiert, auf die gewechselt werden könnte.

Wenn ein Elektronendefekt innerhalb einer Probe existiert, ändert sich die Kraft, mit der ein Atomkern ein Elektron bindet, örtlich an dieser Stelle. Wenn ein Fremdstoff (ein anderes Atom, als es den Hauptkomponenten einer Probe ent spricht) oder ein Kristalldefekt vorliegt, tritt derselbe Effekt auf. In diesem Fall werden Leitungselektronen, die sich in etwa frei durch die Probe bewegen, örtlich gestreut oder übermäßig an der Stelle absorbiert oder erzeugt. Die Erfindung beruht auf einer detaillierten Untersuchung des vorstehend beschriebenen Verhaltens von Leitungselektronen innerhalb einer festen Probe.

Nachfolgend wird die Wirkung der Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben. Wenn die Oberfläche einer Filmelektrode über einen mikroskopischen Zwischenraum nahe an die Oberfläche einer Probe gebracht wird, befinden sich die Vakuumniveaus der beiden auf demselben Energieniveau, und im genannten Zwischenraum tritt ein Strom von Elektronen aus einem Bereich mit kleiner Austrittsarbeit in einen sol chen mit großer Austrittsarbeit aufgrund eines Tunneleffekts auf (jedoch besteht Beschränkung auf einen Fall, in dem eine Elektronenbahn, die Elektronen aufnehmen kann, am Ziel des Stroms existiert). Gemäß der Erfindung sind, da die genannte Probe auf negativerem Potential als die Filmelektrode liegt, das Vakuumniveau und das Ferminiveau der Filmelektrode nied riger als die entsprechenden Niveaus der Probe, wie es im Energiebanddiagramm von Fig. 2 dargestellt ist. Dabei strömt ein Teil der Leitungselektronen aus der Probe mittels des Tunneleffekts (Tunnelvorgang) in die Filmelektrode. Eine Potentialbarriere zwischen der festen Probe und der Film elektrode, die als Bandlücke (rechteckige Potentialbarriere, wenn zwischen beide keine Potentialdifferenz angelegt wird) auftritt, liegt im Energiebereich (Energieniveau) derartiger Elektronen mit Keilform vor, so daß eine Differenz zwischen den Vakuumniveaus der beiden existiert, und je geringer die Dicke in der Positionsrichtung ist, desto leichter wird das Tunneln eines Elektrons durch den Zwischenraum, da die ener getische Potentialbarriere gering ist. Elektronen in diesem Energiebereich durchlaufen die Elektrode, ohne in eine Elek tronenbahn der Filmelektrode einzutreten, und sie werden ins Vakuum emittiert. Indessen tritt ein Elektron mit einer Energie unter der in diesem Bereich in eine "leere Elektro nenbahn" auf einem Energieniveau ein, das etwas höher als das Ferminiveau der Filmelektrode ist. Tatsächlich wird, da sowohl die Probe als auch die Filmelektrode aufgrund einer für eine Potentialdifferenz zwischen ihnen sorgenden ange legten Spannung leiten, das in die vorstehend angegebene "leere Elektronenbahn" eintretende Elektron durch einen ge schlossenen Kreis mit der genannten Spannungsversorgung in die Probe zurückgeführt. Wenn in diesem Schaltkreis ein Amperemeter vorhanden ist, kann der genannte Elektronenstrom als Tunnelstrom erfaßt werden. Leitungselektronen mit noch geringerer Elektronenenergie tunneln nicht zur Seite der Filmelektrode, da jede Elektronenbahn im Leitungsband (schraffierter Bereich) der Filmelektrode, entsprechend der Energie des Leitungselektrons, durch Elektronen belegt ist.

Wie oben beschrieben, kann, was die Erfindung nutzt, ein in einer Probe existierendes Leitungselektron dadurch in eine Filmelektrode tunneln, daß die Potentialdifferenz zwischen der Probe und der Filmelektrode geändert wird, und ferner können Elektronen mit spezieller Energie unter diesen Tun nelelektronen selektiv ins Vakuum emittiert werden. Gemäß der vorstehend, auf Fig. 2 Bezug nehmenden Beschreibung wird eine Filmelektrode zum Herausziehen von Leitungselektronen aus einer festen Probe verwendet, jedoch kann ohne Beschrän kung auf eine Filmelektrode jedes Teil verwendet werden, das über die Wirkung verfügt, daß es Leitungselektronen aus einer Probe herauszieht (zur Emission derartiger Elektronen führt). Jedoch muß dieses Teil zumindest einen Bereich auf der Oberfläche der Probe vollständig überdecken, aus dem Leitungselektronen emittiert werden (gewünschter Bereich zum Emittieren von Elektronen). Da Elektronen, die in einem Be reich an der Oberfläche der Probe existieren, der nicht vom genannten Teil überdeckt wird, im Leitungsband der Probe verbleiben, ohne aus ihr emittiert zu werden, da kein Tun nelziel (Tunnelteil) existiert, ist diese Überdeckung erfor derlich.

Wenn ein erfindungsgemäßes Elektronenmikroskop verwendet wird, wird, da Leitungselektronen innerhalb einer Probe durch einen Tunneleffekt mit fester Transmission (d. h. Transmission in einem Zwischenraum zwischen der Oberfläche der Probe und einem Teil zum Entnehmen von Leitungselektro nen aus dieser) entnommen werden, ohne vom Zustand an der Oberfläche der Probe (z. B. der Form oder der Verteilung der Austrittsarbeit) beeinflußt zu werden, und da mittels der entnommenen Leitungselektronen ein elektronisches Bild er zeugt wird, die Streusituation von Leitungselektronen auf grund eines elektrischen Defekts innerhalb der Probe als Intensitätsverteilung von Elektronen in diesem elektroni schen Bild dargestellt. Beim herkömmlichen Emissionsmikro skop hängt die Intensität eines von der Oberfläche einer Probe emittierten Elektrons vom Oberflächenzustand ab. Daher enthält ein von der Probe emittiertes Elektron nur Informa tion zur Oberfläche der Probe, jedoch kann beim erfindungs gemäßen Elektronenmikroskop aus dem durch ein emittiertes Elektron erzeugten elektronischen Bild unmittelbar ein elek trischer Defekt innerhalb einer Probe beobachtet werden, da Information zur Oberfläche der Probe dadurch im wesentlichen von einem emittierten Leitungselektron ferngehalten werden kann, daß dieses durch den Tunneleffekt, wie oben beschrie ben, aus der Probe emittiert wird.

Das Prinzip, gemäß dem ein Leitungselektron unter Verwendung einer Dünnfilmelektrode (einer Filmelektrode, deren Film im Bereich, in dem Leitungselektronen entnommen werden, dünn ist) entnommen wird, wie es dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Probenbetrachtung zugrunde liegt, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das in Fig. 3 dargestellte Energiebanddia gramm beschrieben. Fig. 3 zeigt ein Energieband für den Fall, daß eine Probe und eine Dünnfilmelektrode metallisch sind; das Valenzband, das nicht unmittelbar mit der Erfin dung in Beziehung steht, ist nicht dargestellt. Wenn der Zwischenraum zwischen der Probe und der Dünnfilmelektrode so eingestellt wird, daß der Tunnelstrom oder die zwischen ih nen erzeugte Atomkraft unveränderlich ist, kann der Zwi schenraum auf einigen nm oder weniger gehalten werden. Die ser Zwischenraum kann dadurch eingestellt werden, daß die Transmission eines Elektrons von einer Probe in eine Dünn filmelektrode fixiert wird. Genauer gesagt, wird, wenn eine geeignete Spannung (Zwischenraumspannung) zwischen die Probe und die Dünnfilmelektrode gelegt wird und ein innerhalb der Probe existierendes Elektron durch einen Tunnelvorgang zur Seite der Dünnfilmelektrode emittiert wird, wie in Fig. 3 dargestellt, ein das Vakuumniveau dieser Dünnfilmelektrode nicht überschreitendes Elektron (B) in der Dünnfilmelektrode geschwächt, und es läuft in einem Stromkreis, der die Probe und die Dünnfilmelektrode enthält, z. B. einem geschlossenen Kreis mit einer die Zwischenraumspannung anlegenden Span nungsversorgung, und die Transmission eines Elektrons im Zwischenraum zwischen der Probe und der Dünnfilmelektrode kann auf Grundlage eines überwachten Werts erhalten werden, wobei der in diesem Stromkreis als Tunnelstrom fließende Elektronenstrom überwacht wird.

Indessen wird, wenn eine Zwischenraumspannung angelegt wird, ein das Vakuumniveau der Dünnfilmelektrode übersteigendes Elektron (A) durch die Dünnfilmelektrode hindurchgestrahlt und ins Vakuum emittiert. Ein erfindungsgemäßes Probenbe trachtungsverfahren zeichnet sich dadurch aus, daß ein Bild nur unter Verwendung derartiger Transmissionselektronen er zeugt wird. Jedoch muß die Energie des vorstehend genannten Elektrons (A), wenn es emittiert wird, auf einen kleinen Wert eingestellt sein (d. h., daß die Beschleunigungsenergie eines Elektrons, wie durch die Potentialdifferenz zwischen der Probe und der Dünnfilmelektrode erzeugt, auf einige we nige eV oder weniger eingestellt sein muß), und die Dicke der Dünnfilmelektrode muß auf einen kleinen Wert eingestellt sein, genauer gesagt auf 20 oder 30 nm oder weniger. Dies, weil ein Elektron um so häufiger inelastische Streuung durch andere Elektronen in der Dünnfilmelektrode erfährt, je höher die kinetische Energie eines Elektrons aus der Probe inner halb der Dünnfilmelektrode ist und je größer die Dicke der Dünnfilmelektrode ist, wodurch im Ergebnis das Elektron (A) nicht durch die Dünnfilmelektrode laufen kann. Dies aus dem folgenden Grund: Wenn ein Elektron auf der anderen Seite hohe Energie erfährt, wenn ein Elektron, das mit hoher Ener gie auf die Dünnfilmelektrode trifft, in inelastischer Form in dieser gestreut wird, kann dieses Elektron in eine leere Elektronenbahn auf einem Niveau über dem Ferminiveau der Dünnfilmelektrode übergehen. Wenn dagegen die kinetische Energie eines eintreffenden Elektrons nahe am Ferminiveau der Dünnfilmelektrode liegt, empfängt ein Elektron an der anderen Seite nur Energie in der Nähe des Ferminiveaus, oder weniger, weswegen in diesem Fall geringe Wahrscheinlichkeit besteht, daß sich eine leere Elektronenbahn auf einem Ener gieniveau befindet, das der empfangenen Energie entspricht, weswegen dieses Elektron auf der anderen Seite in keine ge eignete Elektronenbahn übergehen kann. D. h., daß die Wahr scheinlichkeit inelastischer Streuung eines auf eine Dünn filmelektrode ausgehend von einer Probe treffenden Elektrons von der Einfachheit eines Energieübergangs abhängt, wie es für ein Elektron auf der anderen Seite gilt. Wie oben be schrieben, ist es wichtig, die Potentialdifferenz (d. h. die Zwischenraumspannung) zwischen der Probe und der Dünnfilm elektrode sowie die Dicke der Dünnfilmelektrode auf geeigne te Werte einzustellen, um die Erfindung optimal ausführen zu können, so daß ein Leitungselektron aus dem Inneren einer Probe als freies Elektron in das Vakuum gezogen werden kann, ohne daß Störungen hervorgerufen werden.

Wie oben beschrieben, ist es, da ein Elektronenmikroskop und ein Probebetrachtungsverfahren gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet sind, daß ein Leitungselektron durch Tunneln aus einer festen Probe emittiert wird, wesentlich, den Zwi schenraum zwischen der Probe und einer Dünnfilmelektrode so klein einzustellen, daß ein Tunnelstrom erzeugt wird. Die Zwischenraumspannung muß so erhöht werden, daß ein Elektron (A) durch einen großen Zwischenraum zu einer Dünnfilmelek trode tunnelt, wobei dann jedoch die Energie des Elektrons (A) zu hoch ist, so daß es die Dünnfilmelektrode nicht durchlaufen kann, wie oben beschrieben. Wenn die Länge des Zwischenraums durch den Tunnelstrom eingestellt wird, ist zumindest ein Tunnelstrom von 1 nA (10^-9 A) erforderlich, jedoch liegt die Länge eines derartigen Zwischenraums, mit dem ein Tunnelstrom dieser Stärke erzeugt werden kann, bei ungefähr 1 nm. Es ist auch mindestens ein elektronischer Strom von mindestens 1 pA (10^-12 A) erforderlich, um ein elektronisches Bild zu beobachten. Da jedoch die Stärke des Tunnelstroms eine Änderung um eine Größenordnung erfährt, wenn der Zwischenraum um 0,1 nm erhöht wird (die Abschwä chung aufgrund einer Zunahme des Zwischenraums ist groß), muß der Zwischenraum zwischen der Probe und der Dünnfilm elektrode genau auf eine Größenordnung von 0,1 nm oder mit größerer Genauigkeit eingestellt werden, wozu ein Weiter rückmechanismus unter Verwendung eines piezoelektrischen Bauteils verwendet wird. Der Durchmesser eines Bereichs auf der Oberfläche einer Dünnfilmelektrode, der zur Emission von Elektronen von der Oberfläche einer Probe beiträgt, muß un gefähr einige wenige µm oder weniger sein. Dies, um die fol genden zwei technischen Schwierigkeiten zu vermeiden: Er stens, da dann, wenn ein ebener Bereich auf der Oberfläche einer Probe nicht groß ist, die Intensität des Tunnelstroms von einem anderen Bereich (z. B. einem Bereich entfernt vom gewünschten Abschnitt, der sich auf der Seite der Oberflä che der Dünnfilmelektrode erstreckt) als des gewünschten Ab schnitts, von dem Elektronen von der genannten Oberfläche emittiert werden, dominierend wird. Zweitens, da dann, wenn Elektronen mit festgelegter Stromstärke von der Oberfläche einer Probe mit großer Fläche entnommen werden, eine Dünn filmelektrode aufgrund übermäßig hohen Tunnelstroms über hitzt und zerstört wird. In einem anderen Bereich als demje nigen an der Oberfläche einer Probe, von dem Leitungselek tronen emittiert werden, kann ein Verstärkungsteil oder ein Trägerteil für eine Dünnfilmelektrode vorhanden sein, jedoch ist es erforderlich, den Zwischenraum zwischen jedem dieser Teile und der Oberfläche der Probe größer als zwischen der Dünnfilmelektrode und der Oberfläche der Probe einzustellen und Tunnelemission von Elektronen von der Oberfläche der Probe zu diesen Teilen zu verhindern. Auf ähnliche Weise kann die Oberfläche einer Dünnfilmelektrode auf der Seite einer Probe konvex sein, um Elektronen selektiv im konvexen Bereich herauszuziehen.

Abschließend wird beschrieben, wie ein elektrischer Defekt in einem elektronischen Bild aussieht, das durch ein erfin dungsgemäßes Elektronenmikroskop erhalten wird. Ein Bereich, in dem ein Leitungselektron gestreut wird und innerhalb einer Probe absorbiert wird, wird in einem elektronischen Bild als Schatten beobachtet. Jedoch wird ein elektronischer Defekt an einem Ort, der tiefer als die mittlere freie Weg länge eines Leitungselektrons innerhalb einer Probe, bezogen auf die Oberfläche derselben, liegt, im elektronischen Bild nicht so deutlich dargestellt, da z. B. ein Elektron, das von der Oberfläche der Probe nicht emittiert werden sollte, durch ein Leitungselektron emittiert wird (ein Leitungselek tron erleidet Streuung aufgrund anderer unspezifizierter Gründe als eines elektrischen Defekts), das aufgrund des elektrischen Defekts gestreut wird, mit weiterer Streuung durch ein anderes Elektron innerhalb der Probe. Wenn Strom von der Seite der Probe her geliefert wird (der elektroni sche Strom wird in der Probe erzeugt) und ein durch Verrin gern der Zwischenraumspannung mit hoher Energie erhaltenes Elektron selektiv emittiert wird, wird nur der Streubereich von Elektronen, die den obenangegebenen elektronischen Strom bilden, als heller Punkt beobachtet. Wenn eine feste Probe mit Licht bestrahlt wird, wird nur der Bereich, in dem das eingestrahlte Licht absorbiert wird und aus dem Elektronen emittiert werden, als heller Punkt beobachtet. Die Auflösung eines Bilds, das durch das vorstehend genannte Elektronen mikroskop erhalten wird, hängt von der Aberration des elek tronenoptischen Systems und der Auflösung eines Erfassungs systems für elektronische Bilder ab. Wenn die Dichte elek trischer Defekte innerhalb einer Probe ausreichend niedrig ist, können jeweils einzelne elektrische Defekte beobachtet werden.

Diese und andere Aufgaben und viele der zugehörigen Vorteile der Erfindung werden leicht ersichtlich, wenn dieselbe unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen besser ver ständlich gemacht ist.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Elektro nenmikroskop gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Er findung zeigt;

Fig. 2 zeigt die Zustandsdichte von Leitungselektronen in nerhalb eines Festkörpers sowie ein Energieband zum Erläu tern des Prinzips der Erfindung;

Fig. 3 ist ein Energiebanddiagramm zum Erläutern der Funk tion der Erfindung;

Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Dünnfilm elektrode gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin dung zeigt;

Fig. 5 bis 9 sind schematische Blockdiagramme, die jeweils ein Elektronenmikroskop gemäß einem zweiten bis sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen;

Fig. 10 ist ein Energiebanddiagramm zum Erläutern des Funk tionsprinzips des sechsten Ausführungsbeispiels der Erfin dung.

Fig. 11 ist eine Zeichnung zum Erläutern eines Probenbe trachtungsverfahrens gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 12 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Elek tronenmikroskop gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und

Fig. 13 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Elek tronenmikroskop gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Diese Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Elektronenmikro skops (Mikroskop für Leitungselektronen) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zu diesem Mikroskop gehö ren eine feste Probe 1, eine Dünnfilmelektrode 2, ein Zwi schenraum-Einstellmechanismus zum Einstellen des Zwischen raums zwischen der Probe 1 und der Dünnfilmelektrode 2, ein elektronenoptisches System 5 zum Fokussieren von aus der Probe 1 herausgezogenen Elektronen 4, die durch die Dünn filmelektronen 2 gelaufen sind, ein Elektronenbilddetektor 6 zum Erfassen eines durch die fokussierten Elektronen 4 ge bildeten elektronischen Bilds, sowie ein nicht dargestellter Proben-Weiterrückmechanismus zum Feinverstellen der Probe 1 in zweidimensionaler Weise in einer Ebene rechtwinklig zur optischen Achse des Geräts. Diese Komponenten sind in einer Vakuumkammer 100 angeordnet, wobei sie jeweils durch einen dafür vorgesehenen Träger gehalten werden (es ist erwünscht, daß die jeweiligen Träger mit einem geeigneten Schwingungs unterbindungsmechanismus versehen sind).

Die Probe 1 besteht aus leitendem Material, und mindestens eine Oberfläche derselben, an der der Dünnfilmelektrode 2 gegenüberliegenden Seite ist durch Polieren oder anderes Bearbeiten eingeebnet. Die Dünnfilmelektrode 2 wurde dadurch hergestellt, daß ein Dünnfilm 22 aus einem Gold-Einkristall mit einer Dicke von ungefähr 10 nm auf einem Mikrogitter 21 ausgebildet wurde, wie es schematisch in Fig. 4 dargestellt ist, und dieser Goldfilm durch einen fokussierten Ionen strahl so beschnitten wurde, daß ein Bereich mit einem Durchmesser von ungefähr 5 µm verblieb. Diese Dünnfilmelek trode 2 ist an einem leitenden Träger 23 befestigt, und ein gegen das Massepotential isolierter Zuleitungsdraht 25 zum Anlegen von Spannung an die Dünnfilmelektrode 2 ist mit einer Schraube 24 verbunden, die dazu verwendet ist, den Träger 23 in der Vakuumkammer 100 zu befestigen. Die Dünn filmelektrode 2 wird durch einen nicht dargestellten Kühl kopf mit umgewälztem flüssigem Stickstoff gekühlt.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, besteht der Zwischenraum- Einstellmechanismus 3 aus einem Weiterrückmechanismus unter Verwendung eines piezoelektrischen Bauteils, und er kann dreidimensional in einem rechtwinkligen Koordinatensystem (x, y, z) mit einer Auflösung von ungefähr 0,001 nm weiter rücken. Das elektronenoptische System 5 ist mit einer Stufe einer elektrostatischen Beschleunigungslinse 51 und zwei Stufen elektromagnetischer Linsen 52 und 53 versehen, und es kann Elektronen auf 4 bis 5 keV beschleunigen und sie mit einem Vergrößerungsverhältnis von ungefähr 1000 fokussieren. Die Aberration dieses elektronenoptischen Systems 5 beträgt ungefähr 10 µm (ungefähr 10 nm, wenn Umsetzung auf die Seite der Probe 1 erfolgt). Indessen besteht der Elektronenbild detektor 6 aus einer Mikrokanalplatte 61 mit einem Loch durchmesser von ungefähr 10 µm und einem Fluoreszenzschirm 62. Die Mikrokanalplatte 61 reflektiert durch Vervielfachen der Anzahl von Elektronen 4 ein deutliches elektronisches Bild auf den Fluoreszenzschirm 62. Das vom Fluoreszenzschirm 62 reflektierte elektronische Bild wird durch eine Video kamera 63 photographiert und auf einer Kathodenstrahlröhre CRT 64 angezeigt. Dadurch kann ein elektronisches Bild di rekt beobachtet werden. Wenn ein solches Bild photographiert wird, wird anstelle der Videokamera 63 eine photographische Trockenplatte angebracht.

Indessen sind beim Elektronenmikroskop dieses Ausführungs beispiels, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Zwischenraumspan nungsversorgung 7 und ein Stromverstärker 8 zwischen die Probe 1 und die Dünnfilmelektrode 2 geschaltet. Im Vakuum raum (dem sogenannten Zwischenraum) zwischen der Probe 1 und der Dünnfilmelektrode 2 kann durch die Zwischenraumspan nungsversorgung 7 ein elektrisches Feld vorbestimmter Stärke dadurch erzeugt werden, daß die Probe 1 und die Dünnfilm elektrode 2 über diese Spannungsversorgung 7 miteinander verbunden werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der ne gative Anschluß t₁ einer Elektronenfeld-Erzeugungsschaltung, die die Zwischenraumspannungsversorgung 7 enthält, mit der Probe 1 verbunden, und der positive Anschluß t₂ ist mit der Dünnfilmelektrode 2 verbunden. Proben können leicht ausge tauscht werden, wenn mehrere derselben betrachtet werden, da der negative Anschluß t₁ so konzipiert ist, daß er leicht an einer Probe 1 angebracht oder von dieser gelöst werden kann. Die Probe 1 und die Dünnfilmelektrode 2 sind gegen die Va kuumkammer 100 isoliert. Die Probe 1 wird über ein nicht dargestelltes Isolierteil auf dem Zwischenraum-Einstellme chanismus 3 gehalten. Wenn dieser aus einem Leiter mit einem Probenhalter besteht, können dieser Mechanismus 3 und die Vakuumkammer 100 gegeneinander isoliert sein. Selbst wenn sich die Probe 1 und die Vakuumkammer 100 ohne gegenseitige Isolierung auf demselben Potential befinden, ist die Be trachtung möglich. Eine Zwischenraum-Steuerschaltung 9 wird durch eine Differenzbildungsschaltung 91 und eine Treiber schaltung 92 gebildet, wobei die Differenzbildungsschaltung 91 die Differenz zwischen dem durch eine Strommeßschaltung 8 gemessenen Strom und einem Bezugswert an die Treiberschal tung 92 liefert, die den Zwischenraum-Einstellmechanismus 3 auf Grundlage dieser Differenz betreibt. Wenn die Probe 1 durch den Zwischenraum-Einstellmechanismus 3 nahe an die Dünnfilmelektrode 2 gebracht wird, tunneln Elektronen zwi schen den einander gegenüberstehenden Flächen der beiden, und es fließt ein Tunnelstrom. Die Zwischenraum-Steuer schaltung 9 betreibt den Zwischenraum-Einstellmechanismus 3 so, daß der durch die Strommeßschaltung 8 erfaßte Tunnel strom einem Sollwert (ungefähr 1 nA in diesem Fall) in un veränderter Weise entspricht. Im Ergebnis wird der Zwischen raum zwischen der Probe 1 und der Dünnfilmelektrode 2 so eingestellt, daß er einen festen Wert von ungefähr 1 nm auf weist. Ein nicht dargestellter, durch ein piezoelektrisches Bauteil gebildeter Neigungseinstellmechanismus zum Ändern der Neigung der Probe 1 ist zwischen dem Zwischenraum-Ein stellmechanismus 3 vorhanden, um das Ausmaß der Parallelität zwischen den Oberflächen der Probe 1 und der Dünnfilmelek trode 2 einzustellen. Das Parallelitätsausmaß wird tatsäch lich so eingestellt, daß die Probe 1 so geneigt wird, daß der durch die Dünnfilmelektrode 2 laufende Elektronenstrom maximal ist.

Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, daß ein innerhalb der Probe 1 vorhandenes Leitungselektron als freies Elektron 4 dadurch in den Vakuumraum gezogen wird, daß die Probe 1 und die Dünnfilmelektrode 2 dadurch nahe aneinandergebracht werden, daß der Zwischenraum mittels des zwischen ihnen fließenden Tunnelstroms eingestellt wird. Diese Elektronen werden durch das elektronenoptische System 5 fokussiert, vergrößert und als elektronisches Bild abge bildet, und auf Grundlage dieses Elektronenbilds kann die Streusituation von Leitungselektronen innerhalb der Probe 1 beobachtet werden. Das Verfahren und das Prinzip zum Heraus ziehen eines Elektrons 4 aus der Probe 1 unter Verwendung der Dünnfilmelektrode 2 sind oben detailliert beschrieben.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Zwischenraumspannung so eingestellt, daß die kinetische Energie eines Elektrons 4 unmittelbar nach seinem Herausziehen aus der Probe 1 den Wert 1 eV oder weniger aufweist. Da ein Elektron mit dieser Größe an kinetischer Energie eine mittlere freie Weglänge für inelastische Streuung von ungefähr 5 nm oder mehr im die Dünnfilmelektrode 2 bildenden Dünnfilm aus einem Gold-Ein kristall aufweist, kann es bei diesem Ausführungsbeispiel (Dünnfilm aus einem Gold-Einkristall von ungefähr 10 nm) mit geringer Streuung durch die Dünnfilmelektrode laufen. Ferner wird thermische Streuung von Elektronen innerhalb der Dünn filmelektrode 2 durch Kühlen derselben verhindert. Wenn eine Halbleiterprobe mit einem Mikroskop für Leitungselektronen gemäß diesem Ausführungsbeispiel betrachtet wird, treten ein Elektronenstreuzentrum, das möglicherweise auf ionisierten Fremdstoffen beruht, und ein Elektronabsorptionszentrum, das möglicherweise auf einer Ablagerung beruht, als Schatten in einem elektronischen Bild auf. Wenn der Drainbereich eines fehlerhaften Transistors unter Vorspannung betrachtet wird, wird die Emission eines Leitungselektrons aus einem Bereich, in dem ein Leckstrom auftritt, als deutlicher Punkt beobach tet. Die Tiefe eines Bereichs, in dem das Elektronenstreu zentrum, das Elektronenabsorptionszentrum oder ein Elektro nenemissionszentrum (ein Bereich mit einem elektrischen De fekt) unter der Oberfläche der Probe liegen, kann auch da durch erkannt werden, daß das elektronenoptische System 5 darauf fokussiert wird. Die Auflösung dieses elektronischen Bilds beträgt ungefähr 20 nm, wenn sie auf Grundlage der Leistungsfähigkeit des elektronenoptischen Systems 5 und des Elektronenbilddetektors 6 berechnet wird.

Wie oben beschrieben, kann bei diesem Ausführungsbeispiel ein Streuzentrum für Leitungselektronen, das innerhalb einer leitenden Probe liegt, mit einer hohen Auflösung von unge fähr 20 nm beobachtet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Zwischenraum-Einstellmechanismus 3 seitens der Probe 1 angebracht, jedoch kann derselbe Effekt erzielt werden, wenn der Mechanismus seitens der Dünnfilmelektrode 2 ange bracht ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Dünn filmelektrode 2 gekühlt, jedoch wird, wenn die Probe 1 ge kühlt wird, der Effekt einer thermischen Streuung von Lei tungselektronen innerhalb der Probe 1 verhindert, und es kann auch eine Rauschsignalverringerung in einem durch das elektronenoptische System 3 erzeugten elektronischen Bild verringert sein. Durch dieses Ausführungsbeispiel wird auch chromatische Aberration verringert, und es kann auch die Auflösung eines elektronischen Bilds dadurch verbessert wer den, daß ein Energiefilter für Elektronen 4 innerhalb des elektronenoptischen Systems 5 angebracht wird.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 5 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Elektro nenmikroskop (Mikroskop für Leitungselektronen) gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Dieses Mikroskop besteht aus in etwa denselben Komponenten wie das des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels. Das erste und zweite Ausführungsbeispiel unterscheiden sich im wesent lichen dadurch, daß beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Zwischenraum zwischen der Probe 1 und einer Dünnfilm elektrode 20 dadurch eingestellt wird, daß die Atomkraft (Abstoßungskraft) erfaßt wird, wie sie zwischen ihnen be steht, anstatt daß der Tunnelstrom erfaßt wird, wie beim ersten Ausführungsbeispiel. D. h., daß bei diesem Ausfüh rungsbeispiel die Dünnfilmelektrode 2 von einem nicht dar gestellten freien Arm gehalten wird und sie proportional zur auf sie einwirkenden Kraft (Atomkraft) ausgelenkt wird. Ein Auslenkungsdetektor 80 mißt das Ausmaß der Auslenkung der Dünnfilmelektrode 20 durch Erfassen eines von einer Laser strahlquelle 81 emittierten Laserstrahls 82, der an der Dünnfilmelektrode 20 reflektiert wird. Der Auslenkungsdetek tor 80 liefert ein dem Ausmaß der gemessenen Auslenkung (d. h. der auf die Dünnfilmelektrode wirkenden Kraft) ent sprechendes Ausgangssignal an die Zwischenraum-Steuerschal tung 9. Diese steuert den Zwischenraum-Einstellmechanismus 3 so an, daß dieses Ausgangssignal unveränderlich einem Soll wert entspricht. Im Ergebnis wird der Zwischenraum zwischen der Probe 1 und der Dünnfilmelektrode 20 so eingestellt, daß er ungefähr 1 nm beträgt.

Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, daß innerhalb der Probe 1 existierende Leitungselektronen da durch als freie Elektronen 4 ins Vakuum gezogen werden, daß die Probe 1 und die Dünnfilmelektrode 20 dicht aneinander gebracht werden, wobei der Zwischenraum mittels der zwischen ihnen wirkenden Atomkraft eingestellt wird. Das Verfahren und das Prinzip des Herausziehens eines Elektrons 4 aus der Probe 1 unter Verwendung der Dünnfilmelektrode 2 ist oben im einzelnen beschrieben. Die Streusituation von Leitungselek tronen innerhalb der festen Probe 1 ist dadurch erkennbar, daß ein Elektronenbild betrachtet wird, wie es durch Fokus sieren von aus dieser Probe 1 herausgezogenen Elektronen 4 erhalten wird, wobei das Bild durch das elektronenoptische System 5 erzeugt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann, da zum Einstellen des Zwischenraums kein Tunnelstrom verwen det wird, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, der Zwischen raum selbst dann zweckdienlich eingestellt werden, wenn die Probe 1 teilweise ein Isolator ist.

Da der Zwischenraum zwischen der Dünnfilmelektrode und der Probe bei diesem Ausführungsbeispiel selbst dann zweckdien lich eingestellt werden kann, wenn ein Teil der Oberfläche der Probe ein Isolator ist, kann der Effekt erzielt werden, daß das Streuen von Leitungselektronen innerhalb einer iso lierenden Probe stabil betrachtet werden kann.

Drittes Ausführungsbeispiel

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird das dritte Ausführungsbei spiel der Erfindung beschrieben. Bei der Dünnfilmelektrode des Elektronenmikroskops gemäß dem ersten und zweiten Aus führungsbeispiel ist die Durchdringungsfähigkeit eines Elek trons betreffend die Dünnfilmelektrode verbessert, wenn sich die Energie des Elektrons der Fermifläche nähert, da die mittlere freie Weglänge für inelastische Streuung vergrößert ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Durch dringungsfähigkeit eines Elektrons hinsichtlich der Dünn filmelektrode dadurch verbessert, daß die Oberfläche der Dünnfilmelektrode, die der Probe abgewandt ist, mit einem Material mit niedriger Austrittsarbeit beschichtet ist, wo durch ihre Austrittsarbeit (die Energiedifferenz zwischen der Fermifläche und dem Vakuumniveau) verringert ist. Genau er gesagt, wird Barium, nachdem es als Monolage auf der Oberfläche einer Dünnfilmelektrode mit einigen nm Dicke, die der Probe abgewandt ist, aufgetragen wurde, oxidiert, wo durch eine aus Bariumoxid bestehende Überzugsschicht herge stellt ist. Fig. 6 zeigt eine Situation, bei der ein Elek tron in diesem Zustand herausgezogen wird. In diesem Fall besteht die Probe aus Metall. Ein bei diesem Ausführungsbei spiel ins Vakuum emittierte Elektron (A) verfügt in der Dünnfilmelektrode über ein Energieniveau näher an der Fermi fläche, als dies im in Fig. 3 dargestellten Fall gilt, bei dem die Dünnfilmelektrode nicht beschichtet ist, und die Durchdringungsfähigkeit ist mehrfach erhöht. Da die obenge nannte Überzugsschicht sehr dünn ist, können Streuvorgänge von Elektronen innerhalb derselben vernachlässigt werden. Im Ergebnis der Herstellung der Überzugsschicht ist das Ver hältnis zwischen der Elektronenstromstärke aus ins Vakuum nach einem Durchlaufen der Dünnfilmelektrode emittierten Elektronen zur Tunnelstromstärke betreffend aus der Probe emittierte Elektronen erhöht.

Da die Durchdringungsfähigkeit von Elektronen betreffend die Dünnfilmelektrode bei diesem Ausführungsbeispiel hoch ist, kann die Wirkung erzielt werden, daß die Dünnfilmelektrode zu ihrer Stabilitätsverbesserung dicker ausgebildet werden kann. Als Beschichtungsmaterial, das die Austrittsarbeit hinsichtlich der Dünnfilmelektrode wirkungsvoll absenken kann, können Barium, Zirkonium, Cäsium, Titan und ihre Oxide genannt werden. Nachdem die Dünnfilmelektrode so beschichtet wurde, wie es oben beschrieben ist, können auch die andere Fläche der Dünnfilmelektrode und die Oberfläche der Probe beschichtet werden.

Viertes Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 das vierte Aus führungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist die Dünnfilmelektrode im Mikroskop für Leitungselektronen so ausgebildet, daß sie un gefähr eben ist, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, und es wird ein Dünnfilm aus einem metallischen Einkristall verwen det, der durch einen fokussierten Ionenstrahl (FIB) be schnitten wurde, um die Fläche zu begrenzen, in der ein Lei tungselektron tunnelt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Fläche, in der ein Leitungselektron tunnelt, dadurch be grenzt, daß die Dünnfilmelektrode so ausgebildet ist, daß sie auf der Seite der Probe konvex ist. Genauer gesagt, wird eine Dünnfilmelektrode mit der in Fig. 7 dargestellten Quer schnittsform verwendet. Die Oberfläche eines Stabilisie rungsrings 16 ist kugelförmig mit einem Krümmungsradius von 20 nm, und er ist in seinem Zentrum mit einem Durchgangsloch mit einem Durchmesser von 0,5 mm versehen. An der Oberseite des Stabilisierungsrings 16 ist durch einen Epoxidharzkleber eine Dünnfilmelektrode 200 aus Gold mit einer Dicke von un gefähr 10 nm befestigt. Diese Dünnfilmelektrode 200 verfügt über Kugelform mit dem Krümmungsradius von ungefähr 20 nm, mit konvexer Form auf der Seite der Probe. Wenn der Zwi schenraum zwischen der Dünnfilmelektrode und der Probe um 0,1 nm vergrößert wird, verringert sich die Tunnelintensität von Leitungselektronen um ungefähr eine Größenordnung. Daher ist die Fläche, in der ein Leitungselektron tunnelt, bei der Dünnfilmelektrode mit der vorstehend beschriebenen Krümmung tatsächlich auf den höchsten Punkt mit einem Radius von un gefähr 2 µm begrenzt. Da sich der Tunnelzustand in der Dünn filmelektrode mit einer derartigen Krümmung selbst dann kaum ändert, wenn die Dünnfilmelektrode etwas gegen die Oberflä che der Probe geneigt wird, ist kein Mechanismus zum Ein stellen des Parallelitätsgrads zwischen den beiden erforder lich.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel kein Mechanismus zum Ein stellen der Neigung der Dünnfilmelektrode erforderlich ist, ist die Wirkung einer Vereinfachung des Geräts erzielt. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht eine Krümmung über die gesamte Dünnfilmelektrode, jedoch kann dieselbe Wirkung auch dann erzielt werden, wenn eine Teilkrümmung nur im erforder lichen Teil der Dünnfilmelektrode verwendet wird.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 das fünfte Aus führungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Da sich ein Be reich, in dem ein Leitungselektron in einer Probe gestreut wird, in einem elektronischen Bild, wie es gemäß dem beim ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen normalen Verfahren des Betrachtens einer Probe mit einem Elektronenmikroskop (einem Mikroskop für Leitungselektronen) erhalten wird, als Schatten zeigt, existiert der Fall, daß es schwierig ist zu erkennen, ob tatsächlich ein Schatten vorliegt oder nicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist dieses Problem gelindert, und nachfolgend wird ein Verfahren beschrieben, das empfind liche Beobachtung ermöglicht.

Fig. 8 zeigt nur eine Probe 1 und eine Dünnfilmelektrode 2 in einem Mikroskop für Leitungselektronen gemäß diesem Aus führungsbeispiel. Erstens sind zwei Punktkontakte P₁ und P₂ seitens der Probe 1 befestigt, und es wird durch eine Kon stantstromquelle 10 dafür gesorgt, daß ein Strom in der ho rizontalen Richtung der Probe 1 fließt (in der Richtung par allel zur Fläche, die der Dünnfilmelektrode 2 gegenüber steht). Hierbei wird ein Leitungselektron 11 erzeugt, das in der Richtung umgekehrt zum Strom in der Probe 1 etwas höhere Energie aufweist. Zweitens ist die Einstellung dergestalt, daß die zwischen die Probe 1 und die Dünnfilmelektrode 2 durch eine Zwischenraumspannungsversorgung 7 angelegte Zwi schenraumspannung etwas mehr als normal abgesenkt wird, und es wird nur ein Leitungselektron mit einer etwas höheren Energie als normal ins Vakuum emittiert. Durch das vorste hend angegebene Verfahren wird nur ein Leitungselektron, das durch ein Streuzentrum 12 gestreut wird und in der Richtung der Oberfläche der Probe gerichtet ist, unter mehreren Lei tungselektronen 11, durch die Dünnfilmelektrode 2 hindurch transportiert und als Elektron 4 ins Vakuum abgegeben. Daher wird nur der Bereich, in dem ein Leitungselektron innerhalb der Probe 1 gestreut wird, deutlicher als andere Bereiche angezeigt, d. h. umgekehrt zur normalen Darstellung in einem elektronischen Bild, das durch wie oben beschrieben entnom mene Elektronen 4 erzeugt wird.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Wirkung erzielt, daß ein Bereich, in dem ein Leitungselektron innerhalb einer Probe gestreut wird, empfindlich beobachtet werden kann. Wenn eine Probe mit Magnetowiderstand durch das Verfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel betrachtet wird, entsteht die Wirkung, daß der Bereich, in dem das Streuzentrum für ein Leitungselektron existiert, das Magnetowiderstand verur sacht, empfindlich beobachtet werden kann, wenn elektroni sche Bilder verglichen werden, wie sie erhalten werden, wenn einerseits ein Magnetfeld an die Probe angelegt wird und wenn dies andererseits nicht der Fall ist.

Sechstes Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 das sechste Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Wenn die Pro be durch einen Halbleiter gebildet wird, dessen Band auf grund von Oberflächenzuständen verbogen ist, ist es schwie rig, das Innere der Probe zu betrachten, da Leitungselektro nen die Oberfläche der Probe nicht erreichen können, wenn die Betrachtung mit dem normalen Verfahren unter Verwendung des beim ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Elektro nenmikroskops (Mikroskop für Leitungselektronen) erfolgt.

Nun wird ein Verfahren zum Betrachten einer derartigen Halb leiterprobe beschrieben. Fig. 9 zeigt nur eine Probe 1 und eine Dünnfilmelektrode 2 in einem Mikroskop für Leitungs elektronen gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Als erstes wird eine dünne, metallische Überzugsschicht 13 mit einer Dicke von ungefähr 1 nm auf der Oberfläche der aus einem Halblei ter bestehenden Probe 1 hergestellt. Danach wird zwischen die Halbleiterschicht (die Probe) 1 und die metallische Überzugsschicht 13 mittels einer Spannungsversorgung 14 eine Spannung angelegt, um das Band in der Halbleiterschicht 1 abzuflachen. Hierbei kann ein Leitungselektron innerhalb der Halbleiterschicht 1, da es die Oberfläche der Probe errei chen kann, unter Verwendung der Dünnfilmelektrode 2 heraus gezogen werden. Diese Situation wird nachfolgend unter Be zugnahme auf das in Fig. 10 dargestellte Energiebanddiagramm beschrieben. Im Ergebnis des Anlegens von Spannung zwischen die Halbleiterschicht (Probe) 1 und die metallische Über zugsschicht 13 wird an der Grenzfläche der Halbleiterschicht (ein Bereich, in dem sich das Vakuumniveau zeigt, so daß eine Verbiegung auftritt) erzeugt, und das Band wird abge flacht. Ein Leitungselektron innerhalb der Halbleiterschicht fließt durch dieses elektrische Feld an der Oberfläche in die Metallschicht, wodurch ein Strom erzeugt wird. Wenn die Dünnfilmelektrode 2 dicht an die Metallschicht gebracht wird und eine geeignete Potentialdifferenz besteht, wird ein Teil (A) der Leitungselektronen innerhalb der Halbleiterschicht 1 in die Metallschicht 13 übertragen und tunnelt zur Seite der Dünnfilmelektrode 2, und ein Elektron (B) in der Metall schicht 13 tunnelt ebenfalls zur Seite der Dünnfilmelektrode 2. Da das Energieniveau der Elektronen (A) höher als das Va kuumniveau der Dünnfilmelektrode 2 ist, werden sie durch die Dünnfilmelektrode 2 hindurchgelassen und ins Vakuum emit tiert. Indessen wird ein Elektron (B), da das Energieniveau desselben niedriger als das Vakuumniveau der Dünnfilmelek trode 2 ist, in dieser geschwächt, wodurch ein Tunnelstrom entsteht. Durch das vorstehend beschriebene Verfahren wird ein in der Halbleiterprobe 1 existierendes Leitungselektron durch die Dünnfilmelektrode 2 hindurchgeführt und als Elek tron 4 ins Vakuum ausgegeben. Die Streusituation von Lei tungselektronen innerhalb der Halbleiterprobe 1 kann dank des durch dieses Elektron 4 erzeugten elektronischen Bilds beobachtet werden.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann der Effekt erzielt werden, daß der Streuzustand eines Leitungselektrons inner halb einer Probe, der nicht durch das herkömmliche Verfahren oder das beim ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Ver fahren, z. B. in einem Halbleitermaterial, beobachtet werden kann, nun beobachtbar ist.

Siebtes Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 11 das siebte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Wenn die Pro be ein halbisolierender Halbleiter ist, kann das Innere der Probe nicht durch ein normales Betrachtungsverfahren be trachtet werden, wie es mit dem anhand des ersten und zwei ten Ausführungsbeispiels beschriebenen Mikroskop für Lei tungselektronen ausgeführt wird, da nur wenige Leitungselek tronen innerhalb der Halbleiterprobe vorliegen.

Für diesen Fall wird nun ein Verfahren zum Betrachten des Inneren einer solchen Halbleiterprobe beschrieben. Fig. 11 zeigt eine Probe 1 und eine Dünnfilmelektrode 2 in einem Mikroskop für Leitungselektronen, das diesem Ausführungsbei spiel entspricht. Als erstes wird eine dünne, metallische Überzugsschicht 13′ von 1 nm oder weniger auf der Oberfläche der Halbleiterprobe 1 ausgebildet, um eine Zwischenraumspan nung anzulegen. Auf der Rückseite der Probe 1 wird auch eine dünne, metallische Überzugsschicht 13′′ mit 1 nm oder weniger hergestellt. Die letztere metallische Überzugsschicht 13′′ ist vorhanden, um durch eine Spannungsversorgung 14 ein schwaches elektrisches Feld innerhalb der Probe 1 zu erzeu gen. Danach wird monochromatisches Licht 15 mit einer Ener gie, die größer ist als es der Bandlücke innerhalb der Halb leiterprobe entspricht, von der Seite der Rückseite der Pro be 1 her eingestrahlt. Da die Überzugsschicht dünn ist, tritt das monochromatische Licht 15 in das Innere der Halb leiterprobe 1 ein und wird dort absorbiert. Durch diese Lichtabsorption wird innerhalb des Halbleiterpaars 1 jeweils ein Paar aus einem Elektron und einem Loch erzeugt, jedoch werden dieses Elektron und dieses Loch durch das schwache elektrische Feld getrennt, wie es durch die obenangegebene Spannungsversorgung 14′ erzeugt wird, und wenn das Elektron als Leitungselektron in der Richtung der Oberfläche der Pro be 1 driftet, wird es unter Verwendung der Dünnfilmelektrode 2 aus der Probe herausgezogen. Durch das obenbeschriebene Verfahren wird ein innerhalb der Halbleiterprobe 1 erzeugtes Leitungselektron durch die Dünnfilmelektrode 2 geführt und als Elektron 4 ins Vakuum entnommen. Aufgrund des durch die ses Elektron 4 erzeugten Elektronenbilds kann die Streu situation für ein Leitungselektron innerhalb der Halbleiter probe 1 untersucht werden.

Fig. 12 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Elektronen mikroskops, das zur Betrachtung einer Probe gemäß diesem Ausführungsbeispiel geeignet ist. Der Grundaufbau ist dem ähnlich, wie er für das zweite Ausführungsbeispiel (siehe Fig. 5) beschrieben wurde, jedoch zeichnet sich dieses Aus führungsbeispiel dadurch aus, daß eine Lichtquelle 151 für monochromatisches Licht (einen Strahl) 15 zum Bestrahlen der Probe 1 an der Ober- und Unterseite, wo die in Fig. 11 dar gestellte Überzugsschicht vorhanden ist, und ein optisches System 152 zum Fokussieren dieses Strahls 15 und zum Be leuchten der Oberseite der Probe 1 im oberen Teil einer Vakuumkammer 100 angeordnet sind. Da der optische Pfad des durch eine Lichtanwendungseinrichtung, die aus dieser Licht quelle 151 und dem optischen System 152 besteht, einge strahlten Lichts im Vakuum liegt, kann als Einstrahlungs licht (monochromatisches Licht) nicht nur sichtbares Licht oder infrarotes Licht, sondern auch Licht mit einer Wellen länge verwendet werden, bei der in Luft leichte Absorption vorliegt, wie Vakuum-Ultraviolettstrahlung. Die Lichtquelle 151 sollte so aufgebaut sein, daß der Bereich ihrer Emis sionswellenlänge abhängig vom Material einer zu betrachten den Probe verändert werden kann, z. B. durch Austauschen der Lichtquellen und eines optischen Filters zum Begrenzen des Bereichs der Transmissionswellenlänge, um zu verhindern, daß Licht mit unerwünschter Wellenlänge auf die Probe 1 ge strahlt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein seit licher Teil der Probe 1 durch einen Zwischenraum-Einstell mechanismus 3 gehalten, um die Bestrahlung der Oberseite der Probe 1 zu erleichtern. In diesem Fall kann zwischen die Ober- und Unterseite der Probe 1 mittels der Spannungsver sorgung 14′ dadurch eine Potentialdifferenz angelegt werden, daß diese Probe 1 über eine isolierende Spanneinrichtung 31 gehalten wird.

Beim in Fig. 12 dargestellten Mikroskop für Leitungselektro nen wird ein von der Unterseite der Probe 1 emittiertes Elektron (ein Elektronenstrahl) 4 durch ein elektronenopti sches System 5, das aus einer elektrostatischen Linse 55 und elektromagnetischen Linsen 56 und 57 besteht, auf die Ober fläche einer Mehrkanalplatte 65 abgebildet. Auf der Oberflä che der Mehrkanalplatte 65 sind mehrere sehr kleine Elektro nenerfassungsvorrichtungen (nicht dargestellt) angeordnet, von denen jeweils ein Meßsignal an einen Verstärker 66 ge liefert wird, und auf dem Anzeigeschirm einer CRT 64 wird auf Grundlage dieser Meßsignale ein vergrößertes elektroni sches Bild zum Inneren der Probe 1 angezeigt (das durch jede Elektronenmeßvorrichtung gemessene Signal entspricht einem Pixel des elektronischen Bilds auf dem Anzeigeschirm).

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann der Effekt erzielt werden, daß das Innere einer teilweise isolierenden Halblei terprobe betrachtet werden kann, was beim gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenen Mikroskop für Leitungselektronen nicht möglich ist. Die Bestrahlung einer Halbleiterprobe, wie bei diesem Ausführungsbeispiel be schrieben, kann auch dazu verwendet werden, Elektronen nur ab einem bestimmten Defektniveau in einem Halbleiter zu er zeugen und nur diese Defekte empfindlich durch geeignete Auswahl der Energie des eingestrahlten Lichts zu betrachten. In diesem Fall wird die Zwischenraumspannung im Vergleich zum Fall beim normalen Probenbetrachtungsverfahren verrin gert, um nur solche Elektronen zu erfassen, die ab dem oben genannten Defektniveau erzeugt werden. Wenn die Leitfähig keit einer Probe hoch ist, kann die Ausbildung der obenbe schriebenen Überzugsschicht weggelassen werden.

Achtes Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 13 das achte Aus führungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Dabei wird ein Verfahren zum Positionieren eines Bereichs einer Probe, der mit dem beim ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Mikro skop für Leitungselektronen zu betrachten ist und zum Analy sieren desselben durch eine andere Einrichtung beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein elektrischer Defekt mit einem derartigen Mikroskop für Leitungselektronen er faßt, die Probe wird durch einen fokussierten Ionenstrahl in winzige Teile unterteilt, so daß ein Mikroabschnitt den elektrischen Defekt enthält, und schließlich wird dieser elektrische Defekt durch ein TEM analysiert. An der Oberflä che der Probe wird als Positioniermarkierung vorab ein Mu ster erzeugt, in dem ein Metall und ein Halbleiter kombi niert sind. Die Oberfläche der Probe wird durch Polieren oder andere Maßnahmen eingeebnet. Als erstes werden ein elektronisches Bild für die Oberfläche der Probe sowie ein elektronisches Bild für einen einen elektrischen Defekt ent haltenden Abschnitt innerhalb der Probe bei derselben An sicht mit einem erfindungsgemäßen Mikroskop für Leitungs elektronen photographiert, und die zugehörigen Bilder werden abgespeichert. Danach wird für das obengenannte elektroni sche Bild für die Oberfläche der Probe ein geeigneter Schwellenwert eingestellt, um eine Binäroperation auszufüh ren. Da der in eine Dünnfilmelektrode übertragene und emit tierte Elektronenstrom dann, wenn die Oberfläche einer fe sten Probe ein Halbleiter ist, mehrfach größer ist als der Elektronenstrom im Fall, wenn diese Fläche aus Metall be steht, kann die Position der Positioniermarkierung leicht aufgrund der obengenannten elektronischen Bilder erkannt werden, für die die Binäroperation ausgeführt wird. Die zweidimensionale Position eines elektrischen Defekts wird auf Grundlage der Positionierungsmarkierung dadurch ausge lesen, daß das obengenannte elektronische Bild für die Ober fläche der Probe und das elektronische Bild für das Innere der Probe verglichen werden. Die Tiefe eines elektronischen Defekts innerhalb der Probe wird aufgrund der Brennweite des elektronenoptischen Systems berechnet. Die feste Probe wird durch einen fokussierten Ionenstrahl (FIB) so in winzige Ab schnitte unterteilt, daß ein Mikroabschnitt das Zentrum des obengenannten elektrischen Effekts enthält, was auf Grund lage der Positionsdaten zum elektrischen Effekt erfolgt, wie durch das obige Verfahren erhalten. Das Zentrum dieser un terteilten Probe wird mit einem Transmissionselektronen mikroskop (TEM) betrachtet, um die Struktur des genannten elektrischen Defekts zu analysieren.

Um eine Betrachtung des Inneren der Probe und eine Analyse auszuführen, wie bei diesem Ausführungsbeispiel beschrieben, ist es erwünscht, daß an einem erfindungsgemäßen Mikroskop für Leitungselektronen eine Anordnung vorhanden ist, wie in Fig. 13 dargestellt, um einen genau zu betrachtenden Bereich der Probe mit einer Dicke abzuteilen, wie sie für Betrach tung mit einem TEM geeignet ist. Bei dem in Fig. 13 darge stellten Gerät wird eine Probe 1 unter Verwendung eines fo kussierten Ionenstrahls (FIB) 17 unterteilt, und daher ist in der Vakuumkammer 100 eine FIB-Bearbeitungsvorrichtung 171 vorhanden. Wenn eine solche Vorrichtung verwendet wird, kann die Oberfläche der Probe 1 durch einen FIB 17 bearbeitet (geätzt) werden, mit der Emission eines Elektronenstrahls 4 von der Unterseite der Probe 1, wodurch das Innere der Probe betrachtet werden kann. Daher kann die Position innerhalb einer Probe, in der ein elektrischer Defekt existiert, si cher abgeteilt werden. Die Konstruktionen der Vorrichtungen, wie sie für das erste bis siebte Ausführungsbeispiel be schrieben wurden, sind im in Fig. 13 dargestellten Gerät kombinierbar, und der Typ der Probe 1 ist derselbe wie beim ersten Ausführungsbeispiel. In der Vakuumkammer 100 ist über ein Isoliergestell 32 ein Zwischenraum-Einstellmechanismus 3, der auch als Halter für die Probe 1 dient, befestigt, wo bei dieser Mechanismus 3 und die Probe 1 in leitender Ver bindung stehen. Der negative Anschluß eines Schaltkreises mit einer Spannungsversorgung (Zwischenraumspannungsversor gung) 7 zum Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen die Probe 1 und die Dünnfilmelektrode 2 ist mit dem Zwischen raum-Einstellmechanismus 3 verbunden. Daher ist, da eine Probe 1 dadurch betrachtbar ist, daß sie lediglich auf den Zwischenraum-Einstellmechanismus 3 aufgelegt wird, ohne den Anschluß der Potentialanlegeschaltung direkt mit der Probe 1 zu verbinden, der Vorteil erzielbar, daß Proben leicht aus tauschbar sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann, da Positionsdaten zu einem elektrischen Defekt innerhalb einer Probe erhalten werden können, der Effekt erzielt werden, daß der Abschnitt mit dem elektrischen Defekt innerhalb der Probe aufgrund dieser Positionsdaten genau abgeteilt werden kann und der elektrische Defekt durch eine andere beliebige Analyseein richtung genau analysiert werden kann.

Wie vorstehend für die Ausführungsbeispiele beschrieben, kann gemäß der Erfindung die Wirkung erzielt werden, daß die Position und der Einfluß winziger elektrischer Defekte, wie sie innerhalb einer festen Probe vorliegen, direkt gemessen werden können. D. h., daß, da das Innere einer Probe leicht ohne komplizierten Probenbearbeitungsprozeß betrachtet wer den kann, ein Festkörperbauteil wie ein Halbleiterbauteil untersucht werden kann und die elektrischen Eigenschaften eines neuen Materials für derartige Bauteile schnell und genau bewertet werden können.

Es ist zu beachten, daß die vorstehende Beschreibung bevor zugte Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergibt und daß vom Fachmann verschiedene Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne von ihrem Grundgedanken und ihrem Schutzbereich abzuweichen.

Claims

1. Elektronenmikroskop, gekennzeichnet durch:

- eine Elektronenemissionseinrichtung zum Emittieren von Elektronen (4) aus einer festen Probe (1) durch einen Tun neleffekt;
- eine Elektronenbild-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines elektronischen Bilds des Inneren der Probe durch diese emittierten Elektronen; und
- eine Bilderfassungseinrichtung (6) zum Erfassen dieses elektronischen Bilds.

2. Elektronenmikroskop, gekennzeichnet durch:

- eine Probenhalteeinrichtung zum Halten einer festen Probe (1);
- eine Elektronenemissionseinrichtung zum Emittieren von Elektronen (4) aus der Probe durch einen Tunneleffekt;
- eine Elektronenbild-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines elektronischen Bilds aus diesen emittierten Elektro nen; und
- eine Bilderfassungseinrichtung (6) zum Erfassen dieses elektronischen Bilds;
- wobei die Elektronenemissionseinrichtung ein Elektroden teil (2) aufweist, das so angeordnet ist, daß es denjenigen Bereich der Oberfläche der Probe unter Einhaltung eines Zwi schenraums gegenübersteht, aus dem Elektronen zu emittieren sind.

3. Elektronenmikroskop, gekennzeichnet durch:

- eine Probenhalteeinrichtung zum Halten einer festen Probe (1);
- eine Filmelektrode (2), die so angeordnet ist, daß sie einer Oberfläche der Probe gegenübersteht;
- eine Potentialanlegeeinrichtung (8) zum Anlegen eines Po tentials zwischen die Probe und die Dünnfilmelektrode;
- eine elektronenoptische Einrichtung (5) zum Erzeugen eines elektronischen Bilds durch von der Filmelektrode emittierte Elektronen (4); und
- eine Elektronenbild-Erfassungseinrichtung (6) zum Erfassen dieses elektronischen Bilds.

4. Elektronenmikroskop nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Potentialanlegeeinrichtung (8) ein in be zug auf die feste Probe (1) positives Potential an die Film elektrode (2) anlegt.

5. Elektronenmikroskop, gekennzeichnet durch:

- eine Probenhalteeinrichtung zum Halten einer festen Probe (1);
- eine Filmelektrode (2), die so angebracht ist, daß sie einer Oberfläche der Probe gegenübersteht;
- eine Einrichtung (2) zum Erzeugen eines elektrischen Felds zwischen der Probe und der Filmelektrode;
- eine Zwischenraum-Steuereinrichtung (9) zum Einstellen des Zwischenraums zwischen der Fläche der Probe und der Film elektrode;
- eine Verstelleinrichtung (3) zum Ändern der relativen Po sitionsbeziehung zwischen der Probe und der Filmelektrode in der Richtung parallel zur Oberfläche der Probe;
- eine elektronenoptische Einrichtung (5) zum Erzeugen eines elektronischen Bilds durch von der Filmelektrode emittierte Elektronen (4); und
- eine Bilderfassungseinrichtung (6) zum Erfassen des elek tronischen Bilds.

6. Elektronenmikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des elektrischen Felds durch folgendes gebildet wird:

- einen ersten Anschluß (t₂), der mit der Filmelektrode (2) zu verbinden ist;
- einen zweiten Anschluß (t₁), der mit der Probe (1) zu ver binden ist; und
- eine Spannungsversorgung (8), die zwischen den ersten und den zweiten Anschluß geschaltet ist.

7. Elektronenmikroskop nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß

- die Einrichtung zum Erzeugen des elektrischen Felds aus einer Spannungsversorgung (8) besteht, deren eines Ende mit der Filmelektrode (2) und deren anderes Ende mit dem Proben halter verbunden ist; und
- der Probenhalter die Probe (1) so hält, daß die Vorrich tung und die Probe in elektrisch leitendem Kontakt gehalten werden.

8. Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der Filmelek trode (2), die von der Probe (1) abgewandt ist, eine Über zugsschicht zum Verringern der Austrittsarbeit aus der Film elektrode vorhanden ist.

9. Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filmelektrode (2) mit derart gekrümmter Form ausgebildet ist, daß sie zur Seite der Probe (1) hin konvex ist.

10. Elektronenmikroskop nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Stromerzeugungsein richtung vorhanden ist, die dafür sorgt, daß Strom durch die Probe (1) fließt.

11. Elektronenmikroskop, gekennzeichnet durch:

- eine Probenhalteeinrichtung zum Halten einer festen Probe (1);
- eine Lichteinstrahlungseinrichtung (15) zum Beleuchten der Probe;
- eine Elektronenemissionseinrichtung (2) zum Herausziehen von Elektronen (4) aus der Probe durch einen Tunneleffekt; - eine Elektronenbild-Erzeugungseinrichtung (5) zum Erzeugen eines elektronischen Bilds durch die aus der Probe emittier ten Elektronen (4); und
- eine Bilderfassungseinrichtung (6) zum Erfassen des elek tronischen Bilds;
- wobei die Elektronenemissionseinrichtung ein Elektroden teil aufweist, das so angeordnet ist, daß es einem Bereich der Probe unter Einhaltung eines Zwischenraums gegenüber steht, aus dem Elektronen zu emittieren sind.

12. Elektronenmikroskop, gekennzeichnet durch:

- einen Probenhalter zum Halten einer festen Probe (1);
- ein optisches System (15) zum Beleuchten der Probe;
- eine Filmelektrode (2), die der Probe unter Einhaltung eines Zwischenraums gegenübersteht;
- eine Potentialanlegeeinrichtung (8) zum Anlegen einer Po tentialdifferenz zwischen der Probe und der Filmelektrode;
- ein elektronenoptisches System (5) zum Erzeugen eines elektronischen Bilds durch von der Filmelektrode emittierten Elektronen (4); und
- ein Bilddetektor (6) zum Erfassen des elektronischen Bilds.

13. Verfahren zum Betrachten einer Probe, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Emittieren von innerhalb einer festen Probe (1) vorhande nen Leitungselektronen (4) aus der Oberfläche der Probe heraus; und
- Erzeugen eines elektronischen Bilds für das Innere der Probe mittels aus ihr emittierten Leitungselektronen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch fol gende Schritte:

- Erfassen des elektronischen Bilds und
- Anzeigen diesen erfaßten elektronischen Bilds.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt des Emittierens von Leitungs elektronen die Energieniveaus der Leitungselektronen inner halb der Probe (1) vor der Emission ausgewählt werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Emittierens von Lei tungselektronen eine Filmelektrode (2) einem Bereich der Probe, aus dem Leitungselektronen emittieren, unter Einhal tung eines Zwischenraums gegenüberstehend angeordnet wird; und

- ferner die folgenden Schritte verwendet werden:
- Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen die Probe und die Filmelektrode und
- Emittieren von innerhalb der Probe vorhandenen Leitungs elektronen in solcher Weise zur Filmelektrode, daß sie tun neln.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektron, das so emittiert wurde, daß es in die Film elektrode (2) tunnelt, durch diese hindurchläuft und von derjenigen Seite derselben emittiert wird, die von der Probe (1) abgewandt ist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz zwischen der Probe und der Filmelektrode so angelegt wird, daß sich die Filmelektrode auf positivem Potential in bezug auf die Probe befindet.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt des Emittierens von Leitungs elektronen aus der Probe dafür gesorgt wird, daß Strom durch die Probe fließt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß

- eine Überzugsschicht aus einem Material, das sich von dem der Probe (1) unterscheidet, auf der Oberfläche der Probe hergestellt wird und
- zwischen diese Überzugsschicht und die Probe eine Poten tialdifferenz gelegt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt des Emittierens von Leitungs elektronen aus der Probe dieselbe bestrahlt wird.

22. Verfahren zum Betrachten einer Probe, dadurch gekenn zeichnet, daß

- ein Bereich, in dem eine feste Probe (1) betrachtet oder analysiert werden soll, zunächst durch ein Probenbetrach tungsverfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 21 spezifi ziert wird und
- dann der spezifizierte Bereich durch ein anderes Betrach tungs- oder Analyseverfahren betrachtet oder analysiert wer den soll.