DE2541245A1

DE2541245A1 - Korpuskularstrahl-rastermikroskop

Info

Publication number: DE2541245A1
Application number: DE19752541245
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl Phys Krisch; Karl-Heinz Dr Rer Nat Mueller; Moriz V Ing Grad Rauch; Lee H Dr Veneklasen
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1975-09-12
Filing date: 1975-09-12
Publication date: 1977-03-24
Also published as: US4097739A; NL7605956A; JPS5235977A; GB1557800A

Description

Korpuskularstrahl-Rastermikroskop

Die Erfindung bezieht sich auf ein Korpuskularstrahl-Rastermikroskop mit einem zweistufigen Ablenksystem, dessen-in StrahlL-richtung erste Stufe den Strahl aus der optischen Achse herauslenkt und dessen zweite Stufe den. Strahl auf die Achse zurücklenkt, und einer magnetischen Objektivlinse, die den Strahl auf das Objekt fokussiert. Ein derartiges Mikroskop ist aus dein Journal of Applied Physics, Bd. 39, 1968, Seiten 5861 ff., bekannt.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, das Gesichtsfeld des Mikroskops bei kleinen Vergrößerungen zu erweitern. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß oberhalb der vorgenannten ersten Objektivlinse eine zweite, bei kleinen Vergrößerungen anstelle der ersten erregte langbrennweitige Objektivlinse vorgesehen ist, die bei Abschaltung der zweiten Stufe des Ablenksystems den Strahl etwa parallel zur Geräteachse umlenkt und auf das Objekt fokussiert.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem und seine Lösung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigen die Figuren 1 und 2 schematische Strahlengänge, während in Fig. 3 die wesentlichen Teile eines Rastermikroskops nach der Erfindung als Ausführungsbeispiel dargestellt sind.

In Fig. 1 ist schematisch der übliche Strahlengang eines Elektronen-Durchstrahlungs-Rastermikroskops dargestellt. Mit 1 ist der Strahlerzeuger bezeichnet; er kann beispielsweise eine FeId-

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emissionskathode aufweisen. Der Strahl 2 wird durch eine Bestrahlungs-Apertur blende 3 begrenzt und durch eine erste, kurzbrennweitige Objektivlinse 4 auf das Objekt 8 fokussiert. Die Objek- · tivlinse 4 muß deswegen eine kurze Brennweite aufweisen, weil sie zur Erzielung eines hohen Auflösungsvermögens bei hoher Vergrößerung ein stark verkleinertes Bild der Strahlquelle auf dem Objekt 8 erzeugen muß.

Oberhalb der „Objektivlinse 4 befindet sich ein Ablenksystem mit den Stufen 10 und 11. Jede Stufe besteht aus zwei Paaren von elektromagnetischen Ablenkspulen oder elektrostatischen Ablenkplatten zur Ablenkung des Strahls in zwei zueinander senkrechten Richtungen; dargestellt ist jeweils nur ein Paar (Spulen). Die obere Stufe 10 lenkt den Strahl 2 aus der Geräteachse A heraus; die untere Stufe 11 lenkt ihn wieder zur Achse zurück. Der Verlauf des ausgelenkten Strahls ist mit 2a bezeichnet. Die Stufen 10 und 11 des Ablenksystems sind so erregt, daß der Strahl 2 um einen Punkt P gekippt wird, der etwa in der Brennebene der Objektivlinse 4 liegt. Der Strahl verläuft in einem evakuierten Rohr 13; die Spulen des Ablenksystems 10/11 liegen außerhalb dieses Rohres.

Unter dem Objekt 8 ist ein Elektronendetektor 12 angeordnet. Der Ausgang des Detektors .12 ist in üblicher Weise über einen Verstärker mit der Hellsteuerung einer Monitor-Bildröhre verbunden, · deren Ablenksystem synchron mit dem Ablenksystem 10/11 gesteuert ist.

-Das Gesichtsfeld des Mikroskops, d.h. der mit einem Raster beschreibbare Bereich des Objekts 8, ist durch die mögliche Auslenkung des Fokus F auf dem Objekt 8 gegeben. Diese Auslenkung ist jedoch, wie aus Fig. 1 hervorgeht, durch den Durchmesser der unteren Ablenkstufe 11 bzw. durch den inneren Durchmesser des Vakuumrohres 13 begrenzt, da der Strahl 2a in Höhe der Ablenkstufe 11 gewissermaßen an diese Bauteile stößt. Im Prinzip lassen sich größere Auslenkungen des Fokus F dadurch erreichen, daß der Durchmesser der Ablenkstufe 11 vergrößert.oder diese Ablenkstufe

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näher an die Linse 4 herangerückt wird; beide Möglichkeiten sind jedoch ihrerseits durch die Dimensionen der Objektivlinse beschränkt. Die erläuterte Begrenzung des Gesichtsfeldes macht sich bei kleinen Vergrößerungen von z.B. 1000 bemerkbar.

Fig. 2 zeigt den Strahlengang eines Rastermikroskops nach der Erfindung, bei dem diese Grenze unter Beibehaltung der Dimensionen der Objektivlinse erheblich erweitert ist. Hierzu ist außer der ersten Objektivlinse 4 eine zweite Objektivlinse 15 vorgesehen, deren Brennweite wesentlich größer ist als die der ersten Objektivlinse 4. Bei kleinen Vergrößerungen ist nur die zweite Objektivlinse 15 erregt, und zv/ar ebenfalls so, daß sie den Strahl 2 bzw. 2a' auf das Objekt 8 fokussiert. Ferner ist bei kleinen Vergrößerungen nur die erste Stufe 10 des Ablenksystems wirksam. Die Abstände sind so gewählt, daß der Strahl 2a¹ durch die Ablenkstufe 10 um einen Punkt P¹ gekippt wird, der etwa in der Brennebene der zweiten Objektivlinse 15 liegt. Infolgedessen verläuft der Strahl 2a unterhalb der Linse 15 etwa parallel zur Geräteachse A.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der vom Raster beschreibbare Bereich des Objekts 8, d.h. das Gesichtsfeld, wesentlich größer als bei Fig. 1, da eine optische Verkleinerung der Auslenkung durch die Objektivlinse 4 entfällt. Die Tatsache, daß das Bild der Strahlquelle im Fokus F in diesem FaIIe₁₁ größer ist als bei dem Strahlengang nach Fig. 1, ist unschädlich, da bei kleiner Vergrößerung kein hohes Auflösungsvermögen erforderlich ist.

In Fig. 3 sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2 versehen. Die erste Objektivlinse 4 besteht aus zwei Wicklungen 20 und 21, die von einem Eisenmantel 22 umgeben sind. Als Linse wirkt das Feld zwischen den Polschuhen 6 und Der Elektronenstrahl verläuft in evakuierten Rohren 13 und 23. Die Bestrahlungs-Aperturblende ist wieder mit 3 bezeichnet; außerdem ist eine Detektor-Apertur 25 vorgesehen. 28 ist ein Stigmator.

Das Objekt 8 wird von einem stabförmigen Objekthalter 26 getragen, VPA 75 S 3773 709812/0523

der über eine Schleuse 27 von der Seite her in den Linsenspalt 5 eingeführt werden kann und durch nicht dargestellte Organe relativ zum Elektronenstrahl bewegbar ist.

In dem von dem Eisenmantel 22 umgebenen zentralen Raum oberhalb des Polschuhes 6 befinden sich die beiden Stufen 10 und 11 des Ablenksystems und die zweite Objektivlinse 15.

Die langbrennweitige zv/eite Objektivlinse 15 kann mit Vorteil auch zur Erzeugung von Beugungsbildern dienen; hierbei wird sie, ebenfalls bei nichterregter Objektivlinse 4, so eingestellt, daß sie den Strahl 2 als paralleles Strahlenbündel auf das Objekt 8 richtet. Sie kann ferner zur Untersuchung von Objekten, insbesondere magnetischen Objekten, im magnetisch feldfreien Raum dienen.

Bei Oberflächen-Rastermikroskopen, bei denen zur Bilderzeugung z.B. Sekundärelektronen oder rückgestreute Elektronen dienen, ist die Erfindung ebenfalls anwendbar. Sie kommt auch für Ionen-Rastermikroskope in Betracht.

2 Ansprüche

3 Figuren

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Claims

Patentansprüche

C1.)Korpuskularstrahl-Rastermikroskop mit einem zweistufigen Ablenksystem, dessen in Strahlrichtung erste Stufe den Strahl aus der optischen Achse herauslenkt und dessen zweite Stufe den Strahl auf die Achse eurücklenkt, und einer magnetischen Objektivlinse, die den Strahl auf das Objekt fokussiert, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der vorgenannten ersten Objektivlinse (4) eine zweite, bei kleinen Vergrößerungen anstelle der ersten erregte langbrennweitige Objektivlinse (15) vorgesehen ist, die bei Abschaltung der zweiten Stufe (11) des Ablenksystems den Strahl (2,2a) etwa parallel zur Geräteachse (A) umlenkt und auf das Objekt (8) fokussiert.
2. Korpuskularstrahl-Rastermikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Objektivlinse (15) in dem von dem Bisenmantel (22) der ersten Objektivlinse (4) umschlossenen zentralen Raum angeordnet ist.

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