DE2309181A1

DE2309181A1 - Mit elektronenstrahlabtastung arbeitende analysevorrichtung

Info

Publication number: DE2309181A1
Application number: DE19732309181
Authority: DE
Inventors: Claude Conty; Jacques Guernet
Original assignee: Cameca SAS
Current assignee: Cameca SAS
Priority date: 1972-02-24
Filing date: 1973-02-23
Publication date: 1973-10-11
Also published as: JPS4898891A; FR2173436A5

Description

Compagnie d'Applications
Mecaniques ä" l'Electronique
au Cinema et d l'Atomistique

CAMECA

103, Bl. Saint Denis

92 COURBEVOIE Frankreich

Unser Zeichen: C 2941

Mit Elektronenstrahlabtastung arbeitende Analysevorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen, die einerseits die Analyse eines Objektes durch dessen Abtastung mit einem Elektronenstrahl und Auswertung der von dem Objekt unter dem auftreffenden Elektronenstrahl emittierten Strahlungen oder Teilchen ermöglichen und andererseits mit einem photonischen Objektiv ausgestattet sind, das die von dem Objekt emittierten oder reflektierten Lichtstrahlen auffängt, wobei dieses Objektiv beispielsweise Bestandteil einer Einrichtung ist, welche die direkte visuelle Betrachtung des Objektes ermöglicht.

Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art ist das photonische Objektiv durch eine Spiegeloptik vom Cassegrain-Typ

Lei/Pe

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gebildet, welche das vom Objekt emittierte oder reflektierte Photonenbündel zu dem für den Durchgang des Elektronenstrahls verwendeten axialen Kanal schickt, wobei durch die beiden Spiegel des Objektivs Kanäle hindurchgeführt sind, die mit dem Kanal für den Durchgang des Elektronenstrahls koaxial sind,damit der Durchgang des Elektronenstrahl möglich ist. Das Ablenksystem ist zwischen dem Spiegelobjektiv und der zu analysierenden Probe angeordnet.

Bei den Analysevorrichtungen mit elektromagnetischen Linsen v/erden im allgemeinen zwei Lösungen für die Ablenkung des Elektronenstrahls angewendet:

a) Elektrostatische Ablenkplatten sind in dem Raum zwischen der Probe und dem Spiegelobjektiv angeordnet, oft auf der Höhe der Polschuhe der letzten elektromagnetischen Linse; in diesem Fall ist es wegen der kapazitiven Wirkungen der Ablenkplatten schwierig, eine schnelle Ablenkung zu erreichen; andererseits kann das Vorhandensein der von &n Ablenkplatten erzeugten starken elektrischen Felder die Beobachtung bestimmter Erscheinungen beeinträchtigen.

b) Ein magnetisches Ablenksystem ist zwischen der letzten .elektromagnetischen Linse und der Probe angebracht, wodurch es notwendig wird, den Abstand zwischen diesen Teilen zu vergrössern; diese Abstandsvergrösserung beeinträchtigt die Qualität des Instruments. Es ist andererseits nicht erwünscht, die magnetischen Feldstärken in der Nähe der Probe zu erhöhen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Analysevorrichtung, bei der diese Nachteile beseitigt sind.

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Nach der Erfindung ist eine Analysevorrichtung zur Untersuchung eines Gegenstandes durch Abtastung des Gegenstandes mit einem Elektronenstrahl, mit einer magnetischen Ablenkvorrichtung für den Elektronenstrahl und mit einem photonischen Objektiv, das die von den Gegenstand emittierte oder reflektierte Lichtstrahlung auffängt und durch einen Hohlspiegel und einen konvexen Spiegel gebildet ist, v/obei der Hohlspiegel die vom Gegenstand emittierte oder reflektierte Lichtstrahlung zu dem konvexen Spiegel wirft, der seinerseits die empfangene Strahlung in einen Kanal reflektiert, der zentrisch zur Achse der Elektronenoptik der Analysevorrichtung liegt und für den Durchgang des Elektronenstrahls dient, und wobei durch die Spiegel Kanäle hindurchgeführt sind, deren Achsen mit der Achse der Elektronenoptik der Analysevorrichtung zusammenfallen, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Ablenkvorrichtung in der Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls vor dem photonischen Objektiv liegt und zwei Ablenksysteme mit je zwei Wicklungen aufweist, von denen das zweite Ablenksystem den Elektronenstrahl um einen Winkel ablenkt, der entgegengesetzt zu dem Winkel gerichtet ist, um den der Elektronenstrahl von dem ersten Ablenksystem abgelenkt wird, und einen größeren Absolutwert als dieser Winkel hat.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, deren einzige Figur den in der Nähe des abzutastenden Objekts liegenden Teil einer nach der Erfindung ausgeführten Analysevorrichtung in einem Schnitt zeigt, der in einer durch die Achse der Elektronenoptik des Geräts gehenden Ebene liegt.

Die Zeichnung zeigt als Beispiel den der Probe benachbarten Teil eines Mikroanalysators mit Elektronensonde. Bei diesem

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Gerät wird eine kleine Zone einer Probe Ί durch einen Elektronenstrahl abgetastet, bei dessen Auftreffen Röntgenstrahlen emittiert werden, die als Punktion des abgetasteten Punktes nach Intensität und Wellenlänge analysiert werden.

Von dem Mikroanalysator ist nur der für das Verständnis der Erfindung notwendige Teil dargestellt, und der besseren Lesbarkeit der Zeichnung wegen sind verschiedene Vorrichtungen, wie der Probenträger und die elektrische Stromversorgung, fortgelassen worden.

Ein vonieinem (nicht dargestellten) Elektronenstrahlsystem erzeugter Elektronenstrahl 20 geht durch einen evakuierten Kanal 21, an den sich ein Kanal 23 anschließt, wobei die gemeinsame Achse der Kanäle 21 und 23 die Achse der Elektronenoptik des Geräts ist. Der Elektronenstrahl wird durch eine elektromagnetische Linse fokussiert, die durch einen starken Elektromagnet 9 gebildet ist, der durch eine Wicklung 6 erregt wird und dessen Polschuhe 2 und 3 eine Zone großer magnetischer Feldstärke erzeugen. Wenn keine Ablenkung des Elektronenstrahls stattfindet, ist dieser auf den Punkt der Probe gerichtet, der auf der Achse der Elektronenoptik liegt.

Wenn der Elektronenstrahl abgelenkt wird, bestreicht er eine zentrale Zone der Probe 1. Die von der Probe emittierten Röntgenstrahlen werden mit Hilfe einer Vorrichtung analysiert, von der in der Zeichnung nur der Anfangsteil 14 dargestellt ist.

Außerdem wird ein Photonenbild der zentralen Zone der Probe mit Hilfe der nachstehend beschriebenen Vorrichtung erzeugt.

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Ein Objektiv vom Cassegrain-Typ enthält einen Hohlspiegel 4, durch den ein zentraler Kanal geht, dessen Achse mit der Achse der Elektronenoptik des Geräts zusammenfällt. Dieser Hohlspiegel wirft die Lichtstrahlen, die von dem (in der später angegebenen V/eise beleuchteten) Objekt kommen, zu einem konvexen Spiegel 5 von sehr viel kleineren Abmessungen, der zwischen der Probe und dem Hohlspiegel liegt; durch diesen konvexen Spiegel ist gleichfalls ein zentraler Kanal geführt, dessen Achse mit der Achse der Elektronenoptik zusammenfällt.

Der Spiegel 5 reflektiert die Lichtstrahlen in den Kanal Diese Lichtstrahlen werden dann von einem im oberen Teil des Kanals 23 liegenden Spiegel 10 senkrecht zu der Achse der Elektronenoptik reflektiert und gehen durch einen Kanal 24 und von da durch ein lichtdurchlässiges Fenster 11 (das die Vakuum-Abdichtung der Kanäle 21 und 23 bewirkt) in einen Kanal 25, wo die Lichtstrahlen auf einen halbreflektierenden Spiegel 12 treffen. Die durch diesen Spiegel hindurchgehenden Lichtstrahlen gehen zu dem (nicht dargestellten) Okular der visuellen Beobachtungsvorrichtung.

Der Spiegel 12 empfängt andererseits über einen Kanal 13, der durch die Vtand des Kanals 25 geführt ist, ein Beleuchtungs-Licht bündel, das von einer Glühwendel 27 emittiert und durch eine Linse 26 konzentriert wird. Dieses Lichtbündel wird durch Reflexion auf den Spiegel 10 gerichtet und beleuchtet das Objekt 1 über einen Lichtweg, der entgegengesetzt zu dem eben beschriebenen Lichtweg für die vom Objekt kommenden Lichtstrahlen verläuft.

Die magnetische Ablenkvorrichtung für den Elektronenstrahl ist durch zwei Ablenksysteme gebildet, von denen jedes zwei

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Wicklungen aufweist, die magnetische Felder erzeugen, die zueinander sowie zu der Achse der Elektronenoptik senkrecht stehen. Das erste Ablenksystem enthält eine V/icklung 7 und eine in der Zeichnung nicht erkennbare zweite V/icklung, die senkrecht zu der Wicklung 7 angeordnet ist. Jede Wicklung ist durch zwei in Serie geschaltete Spulen gebildet.

Das zweite Ablenksystem, das unter dem ersten Ablenksystem liegt, enthält in gleicher Weise eine Wicklung 8 und eine in der Zeichnung nicht erkennbare zweite Wicklung, wobei auch hier jede V/icklung durch zwei Spulen gebildet ist.

Zwei derartige Ablenksysteme, die so ausgebildet sind, daß der dem Elektronenstrahl durch das aveite Ablenksystem erteilte Ablenkwinkel· entgegengesetzt zu dem vom ersten Ablenksystem erzeugten Ablenkwinkel· gerichtet ist und einen größeren Absolutwert als dieser hat, ermöglichen es bekanntlich bei geeigneter Dimensionierung des Systems, schließlich ein "Ablenkzentrum" zu erhalten, das auf der Achse der Elektronenoptik an einem im wesentlichen vom Ablenkwinkel unabhängigen Punkt jenseits der die beiden Ablenksysteme bildenden Wicklungen liegt. Die beiden Ablenksysteme liegen oberhalb des Hohlspiegels 4-, und die Ablenkvorrichtung ist so dimensioniert, daß das Ablenkzentrum ausreichend nahe bei dem zentralen Kanal des konvexen Spiegels 5 liegt, daß der Elektronenstrahl selbst bei der maximalen Ablenkung durch diesen Kanal hindurchgehen kann, ohne von dessen Wänden abgefangen zu werden. Der sehr viel größere zentrale Kanal des Hohlspiegels 4 ergibt offensichtlich kein Problem.

Die optimalen theoretischen Bedingungen wären dann erhalten, wenn das Ablenkzentrum mit dem optischen Zentrum der letzten elektromagnetischen Linse an einem Punkt in Koinzidenz wäre,

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der auf der Höhe der Mitte des zentralen Kanals des konvexen Spiegels 5 läge. Dies kann jedoch im Hinblick auf die einzuhaltenden optischen und elektronischen Bedingungen und den geringen verfügbaren Raum nicht immer ohne weiteres erreicht werden und ist auch nicht unbedingt notwendig. Bei dem beschriebenen Mikroanalysator fällt beispielsweise das Ablenkzentrum mit dem optischen Zentrum der elektromagnetischen Linse an einem Punkt P zusammen, der geringfügig unterhalb des konvexen Spiegels liegt.

Bei der beschriebenen Ausführungsform liegt der Spiegel 10 oberhalb der beiden magnetischen Ablenksysteme. Diese Lage ist jedoch keineswegs zwingend; man kann ihn beispielswe-ise auf einer Höhe zwischen den beiden magnetischen Ablenksystemen anordnen, vorausgesetzt, daß eine Stelle für den Durchgang des Photonenstrahls jenseits des Spiegels freigemacht wird, indem die Erregungseinrichtung der elektromagnetischen Linse entsprechend ausgebildet wird.

Die beschriebene Ausbildung eignet sich natürlich für jedes mit Elektronenstrahlablenkung arbeitende Analysegerät, beispielsweise auch für ein Elektronenmikroskop.

Es ist außerdem zu bemerken, daß das Spiegelobjektiv als erstes Element einer anderen Vorrichtung als einer rein photonischen Vorrichtung verwendet werden kann, und daß die beschriebene Ausbildung für alle mit Elektronenstrahlablenkung arbeitende Analysevorrichtungen geeignet ist, die mit einem photonischen Objektiv der zuvor angegebenen Art ausgestattet sind. Andererseits könnten die vom Objektiv aufgefangenen Lichtstrahlen auch Lichtstrahlen sein, die beispielsweise von dem Objekt durch Lumineszenz emittiert werden.

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Claims

2309781

Patentanspruch

Analysevorrichtung zur Untersuchung eines Gegenstandes durch Abtastung des Gegenstandes mit einem Elektronenstrahl, mit einer magnetischen Ablenkvorrichtung für den Elektronenstrahl und mit einem photonischen Objektiv, das die von dem Gegenstand emittierte oder reflektierte Lichtstrahlung auffängt und durch einen Hohlspiegel und einen konvexen Spiegel gebildet ist, wobei der Hohlspiegel die vom Gegenstand emittierte oder reflektierte Lichtstrahlung zu dem konvexen Spiegel wirft, der seinerseits die empfangene Strahlung in einen Kanal reflektiert, der zentrisch zur Achse der Elektronenoptik der Analysevorrichtung liegt und für den Durchgang des Elektronenstrahls dient, und wobei durch die Spiegel Kanäle hindurchgeführt sind, deren Achsen mit der Achse der Elektronenoptik der Analysevorrichtung zusammenfallen, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Ablenkvorrichtung in der Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls vor dem photonischen Objektiv liegt und zwei Ablenksysteme mit je zwei Wicklungen aufweist, von denen das zweite Ablenksystem den Elektronenstrahl um einen Winkel ablenkt, der entgegengesetzt zu dem Winkel gerichtet ist, um den der Elektronenstrahl von dem ersten Ablenksystem abgelenkt wird, und einen größeren Absolutwert als dieser Winkel hat.

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