DE3878828T2

DE3878828T2 - Sekundaerelektronen-detektor zur anwendung in einer gasumgebung.

Info

Publication number: DE3878828T2
Application number: DE8888904896T
Authority: DE
Inventors: D Danilatos; F Mancuso; B Maxwell
Original assignee: ElectroScan Corp
Current assignee: FEI Co
Priority date: 1987-05-21
Filing date: 1988-05-17
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2008-05-18
Also published as: CN1031154A; IL86430A; ES2007856A6; CA1293337C; EP0314763B1; CN1012402B; ATE86409T1; AU1790088A; JPH01502225A; RU2020643C1; MX174400B; ZA883273B; KR970005031B1; KR890702234A; JPH0532860B2; US4785182A; DE3878828D1; WO1988009564A1; EP0314763A4; EP0314763A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen, Verstärken und Detektieren von Sekundärelektronen von einer Oberfläche einer Probe.
Eine derartige Vorrichtung ist in dem Danilatos-Artikel (Proc. XI Int. Congress on Electron Microscopy) offenbart, welche später erläutert werden soll.
Eine bekannte Vorrichtung umfaßt innerhalb eines Vakuums eine Vorrichtung zum Erzeugen, Verstärken und Detektieren von Sekundärelektronen von einer Oberfläche einer Probe und umfaßt folgende Einrichtungen:
eine Vakuumumhüllung (Röhrenkolben) mit einer druckbegrenzenden Öffnung;
eine Quelle für einen Strahl geladener Teilchen innerhalb der Vakuumumnüllung, die die Fähigkeit besitzt, einen Strahl geladener Teilchen zu emittieren;
Fokussierungsmittel innerhalb der Vakuumumhüllung, welche den Strahl durch die Öffnung lenken können;
eine Plattformvorrichtung für eine Probe, die außerhalb der Vakuumumhüllung angeordnet ist und dazu befähig ist, die Probe in Gas eingeschlossen zu halten, und zwar bei einem vorbestimmten Druck, in Ausrichtung mit der druckbegrenzenden Öffnung, derart, daß eine Oberfläche der Probe dem Strahl ausgesetzt werden kann; eine außerhalb der Vakuumumhüllung angeordnete Elektrode, die von der Plattformvorrichtung mit der Probe beabstandet ist, derart, daß die Sekundärelektronen, die von einer Oberfläche der Probe emittiert werden, in Berührung mit der Elektrode kommen können, und
eine zwischen die Elektrode und elektrischer Masse oder Erde geschaltete Spannungsquelle, die eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und der Plattformvorrichtung mit der Probe aufrechterhalten kann, um die Sekundärelektronen mit Hilfe eines elektrischen Feldes ausreichender Stärke zu beschleunigen, so daß die Sekundärelektronen veranlaßt werden, mit Gasmolekülen zu kollidieren und Ladungsträger zu erzeugen.
Um ein Bild einer Probe durch Elektronenmikroskopie zu erhalten, wird die Probe mit einem Elektronenstrahl abgetastet und es werden die von der Probe reflektierten oder emittierten Elektronen detektiert. Die Probe wird üblicherweise innerhalb eines Vakuums abgetastet, um die Vakuumvollständigkeit der elektronenoptischen Säule aufrechtzuerhalten und um den Betrieb der Elektronendetektoren zu erlauben.
Das Abtasten von Proben mit einem Elektronenstrahl innerhalb eines Vakuums bringt jedoch viele Probleme mit sich. Biologische Proben oder Muster können in einem Vakuum nicht über die Zeitdauer hinweg überleben, die zum Erhalten eines genauen Bildes erforderlich ist. Feuchte Proben unterliegen einer Verdampfung ihres Flüssigkeitsgehaltes in dem Vakuum, bevor ein genaues Bild erhalten werden kann. Objekte, die bei einem hohen Vakuum ausgasen, erfordern eine spezielle Betrachtung. Nichtleitende Proben sammeln eine Oberflächenladung an, die Einzelheiten der Probenoberfläche verdeckt oder verdunkelt und die Auflösung des erhaltenen Bildes vermindert. Um das Problem der Ansammlung einer Ladung zu vermeiden, können Proben mit einer dünnen Metallschicht beschichtet werden, um sie zu befähigen, die Ladung abzuleiten. Jedoch kann die Metallbeschichtung die Proben zerstören, wie beispielsweise Halbleiter und es wird daher häufig die Möglichkeit einer nichtdestruktiven Prüfung eliminiert.
In einer frühen Arbeit betreffend das Mikroskopieren in einer Umgebung (W.C. Lane, "The Environmental Control Stage", Scanning Electron Microscopy/1970, Seiten 43-48) verwandte Lane ein Everhart-Thronley-System (einen vorgespannten Scintillator/Photovervielfacher), um Elektronen zu detektieren, die von einer Probe in einer gasförmigen Umgebung emittiert wurden, und zwar in einem abtastenden Elektronenmikroskop. Er beanspruchte bzw. stellte fest, daß die von der Probenoberfläche emittierten Sekundärelektronen das Abdeckgas ionisierten (Wasserdampf), wobei freie Elektronen erzeugt wurden, die dann durch den Everhart-Thornley-Detektor gesammelt wurden. Er schloß daraus, daß durch diesen Mechanismus das Gas verantwortlich war für die Verstärkung des Sekundärelektronensignals vor den Scintillationsereignissen in dem Everhart- Thornley-Detektor.
Lane's Ansprüche und Schlußfolgerungen sind ungültig, da eine sinnvolle bzw. nützliche Verstärkung des Sekundärelektronensignals bei diesem experimentellen Aufbau unmöglich war. Die Ionisationsenergien (Schwellen) von beiden Bestandteilen von Wasser, Wasserstoff und Sauerstoff sind zu hoch, um durch die emittierten Sekundärelektronen ionisiert zu werden und der beanspruchte Verstärkungsprozeß kann nur in dem Bereich unmittelbar oberhalb der Probe stattfinden, wo ein wesentlicher Gasdruck herrscht. Das Vorspannfeld des Everhart-Thornley-Systems kann die Energie der Sekundärelektronen nicht ausreichend anheben, um eine Sekundärelektronensignalverstärkung zu ermöglichen. Die Sekundärelektronen müssen ausreichend Energie annehmen, um das Gas zu ionisieren, während sie sich noch in dem mit Gas gefüllten Bereich befinden, und die Metallmanschette um die Probe herum reduziert die Stärke des Vorspannfeldes in diesem Bereich. Der mit Gas gefüllte Bereich macht auch nur einen sehr kleinen Bruchteil des vertikalen Abstandes zwischen dem Detektor und dem Prüfstück oder der Probe aus und die Sekundärelektronen können daher nur einen sehr kleinen Bruchteil der gesamten maximalen Potentialdifferenz zwischen dem Detektor und dem Prüfstück oder der Probe annehmen, bevor sie den mit Gas gefüllten Bereich verlassen. Somit können die Elektronenenergien nicht auf einen ausreichend hohen Wert angehoben werden, um das Gas innerhalb der Manschette zu ionisieren.
Die wahrscheinlichste Erklärung der Lane'schen Beobachtungen von gasinduzierter Signalverstärkung besteht darin, daß energiereichere emittierte und zurückgestreute Elektronen das Gas in der Manschette ionisiert haben. Die resultierenden Ionisationsprodukte (Elektronen und/oder Ionen) wurden von dem Scintillator detektiert.
Danilatos, Micron and Microscopa Acta 14(4):307-318 (1983) offenbart, daß Gas als ein Feststellmedium wirken kann (wobei die oben genannte Lane'sche Literaturstelle zitiert wird), und zwar unter Verwendung eines herkömmlichen Detektors und daß es möglich ist, Ladungsträger mit einer niedrigen Vorspannung oder selbst mit überhaupt keiner Vorspannung am Detektor zu sammeln. Danilatos sagt:
"Das Anwendungsgebiet und der Wirkungsgrad von der Gasdetektorvorrichtung hängen von einer Anzahl Variablen ab, wie beispielsweise: (a) der Natur des Gases, (b) dem Druck des Gases, (c) der Temperatur des Gases, (d) der Elektrodenkonfiguration, (e) der Elektrodenvorspannung, (f) der Beschleunigungsspannung, (g) der Intensität des Primärstrahlstroms, (h) der Abtastgeschwindigkeit, (i) der Natur der Probe."
Danilatos schließt daraus, daß ein detailliertes Studium erforderlich ist, um verschiedene Ionenpaarphänomene in dem System zu verstehen.
"... es war nicht möglich, ein Sekundärelektronenbild für einen direkten Vergleich zu erhalten. Alternativ kann eine bestimmte Art eines Flugbahnkontrastes vorhanden sein. Darüber hinaus wurde keine äußere Vorspannung angelegt und es ist nicht bekannt, in welchem Ausmaß das Prüfstück und die angebrachte Elektrode sich selbst vorgespannt haben. Die dargestellten Ergebnisse zeigen an, daß zusätzliche Informationen in dem neuen System erhalten werden können, daß jedoch die genaue Natur dieser Informationen weitere Bemühungen erforderlich machen."
In der Literaturstelle "Proceedings of the XIth International Congress on Electron Microscopy", Kyoto, 1986, Band 35, Anhang (1986), Seiten 377-378, offenbart Danilatos einen Prototyp ESEM des im Oberbegriff des Anspruches 1 erläuterten Typs. Das ESEM verwendet ein Detektorsystem, welches zurückgestreute Elektronen und Sekundärelektronen oder positive und negative Ionen (und Elektronen) detektiert. Es gibt keinen Hinweis darüber, welche Vorspannungs-Spannung am Detektor erforderlich ist, um das Detektieren der Ionen zu vereinfachen.
Wenn die Vorspannung äquivalent derjenigen ist, die in der oben genannten Danilatos-Literaturstelle von 1983 offenbart ist, besitzen jegliche zurückgestreuten oder Sekundärelektronen ausreichend Energie, um einmal mit den Gasmolekülen zu kollidieren, um Ionen zu bilden. Positive und negative Ionen aus dieser ersten Stufenverstärkung werden unabhängig gesammelt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen, um Sekundärelektronen zu erzeugen, zu verstärken und zu detektieren, und zwar von einer Oberfläche einer Probe, welche umfaßt:
eine Vakuumumhüllung (Röhrenkolben) mit einer druckbegrenzenden Öffnung;
eine Quelle für einen Strahl geladener Teilchen, die innerhalb der Vakuumumhüllung gelegen ist und die Fähigkeit hat, einen Strahl geladener Teilchen zu emittieren;
Fokussierungsmittel, die innerhalb der Vakuumumhüllung gelegen sind und den Strahl durch die Öffnung lenken können;
eine proben-Plattformeinrichtung, die außerhalb der Vakuumumhüllung angeordnet ist und dazu befähigt ist, die Probe in Gas eingehüllt auf einem vorbestimmten Druck zu halten, und zwar in Ausrichtung mit der druckbegrenzenden Öffnung, derart, daß eine Oberfläche der Probe dem Strahl ausgesetzt werden kann;
eine außerhalb der Vakuumumhüllung angeordnete Elektrode, die von der Proben-Plattformvorrichtung derart beabstandet ist, daß die von einer Oberfläche der Probe emittierten Sekundärelektronen in Berührung mit der Elektrode kommen können,
eine zwischen die Elektrode und elektrischer Masse oder Erde geschaltete Spannungsquelle, die eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und der Proben-Plattformvorrichtung aufrechterhalten kann, um die Sekundärelektronen mit Hilfe eines elektrischen Feldes mit ausreichender Stärke so zu beschleunigen, daß die Sekundärelektronen veranlaßt werden, mit Gasmolekülen zu kollidieren und Ladungsträger erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode in einem Bereich von ca. 1 mm bis ca. 200 mm von der Proben-Plattform angeordnet ist,
die elektrische Potentialdifferenz größer ist als ca. 50 V (Volt) und kleiner ist als ca. 2000 V (Volt), wobei das Elektrodenpotential relativ zur Proben-Plattenformvorrichtung positiv ist, derart, daß die erzeugten Ladungsträger negative Ladungsträger sind, die anschließend zusätzliche negative Ladungsträger durch vielfache Kollision mit anderen Gasmolekülen erzeugen, woraus eine Anzahl von negativen Ladungsträgern resultiert, die größer ist als die und proportional ist zu der Zahl der ursprünglichen Sekundärelektronen, wobei ferner die Stärke des elektrischen Feldes ausreichend niedrig ist, um eine sprunghafte elektrische Entladung oder Lichtbogenbildung zu vermeiden;
die Vorrichtung ferner einen Stromverstärker enthält, der an die Elektrode angeschlossen ist; und
zwischen den Stromverstärker und elektrische Masse oder Erde eine Stromdetektoreinrichtung angeschlossen ist.
Dieses System hat den Vorteil, daß eine Kombination aus Abstand und Elektrodenpotential vorgewählt wird, derart, daß Vielfachkollisionen zwischen den Ladungsträgern auftreten, die durch die zurückgestreuten oder Sekundärelektronen erzeugt wurden. Dies erzeugt eine erhöhte Signalstärke, so daß dadurch das System ausreichende Informationen über die Probe erhalten kann.
In bevorzugter Weise hat die Vorrichtung die Form eines abtastenden Elektronenmikroskops.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Erzeugen, Verstärken und zum Detektieren von Sekundärelektronen von einer Oberfläche einer Probe, welches die Schritte umfaßt:
Abtasten der Oberfläche der Probe unter einem geeigneten gasförmigen Druck mit Hilfe eines Strahles geladener Teilchen, der ausreichend Energie besitzt, um zu bewirken, daß Sekundärelektronen von der Oberfläche der Probe emittiert werden, und
Beschleunigen der Sekundärelektronen mit einem elektrischen Feld ausreichender Stärke, um diese zu veranlassen, mit Gasmolekülen zu kollidieren und Ladungsträger zu erzeugen;
dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsträger aus negativen Ladungsträgern bestehen, die anschließend zusätzliche negative Ladungsträger durch Vielfachkollision mit anderen Gasmolekülen erzeugen, woraus eine Anzahl von negativen Ladungsträgern resultiert, die größer ist als die und proportional ist zu der Zahl der ursprünglichen Sekundärelektronen, wobei die Stärke des elektrischen Feldes ausreichend niedrig gewählt ist, um eine sprunghafte elektrische Entladung oder Lichtbogenbildung zu vermeiden, und
das Verfahren ferner das Detektieren des elektrischen Stromes umfaßt, der aus den Ladungsträgern resultiert, um dadurch ein Signal zu detektieren, welches proportional zur Zahl der Sekundärelektronen ist, die von der Oberfläche der Probe emittiert wurden.
Fig. 1 ist eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung, welche die vorliegende Erfindung in einer spezifischen Ausführungsform wiedergibt.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Erzeugen, Verstärken und Detektieren von Sekundärelektronen von einer Fläche einer Probe. Um speziell auf die Fig. 1 Bezug zu nehmen, umfaßt die Erfindung eine Vakuumumhüllung (Röhrenkolben) 1 mit einer druckbegrenzenden Öffnung 2, einer Quelle 3 für einen Strahl geladener Teilchen, die innerhalb der Vakuumumhüllung gelegen ist und die Fähigkeit hat, einen Strahl geladener Teilchen zu emittieren, ferner Fokussierungsmittel 4, die innerhalb der Vakuumumhüllung gelegen sind und einen Strahl geladener Teilchen, der von der Quelle für den Strahl geladener Teilchen emittiert wurde, durch die druckbegrenzende Öffnung lenken können, eine Proben-Plattformvorrichtung 6, die außerhalb der Vakuumumhüllung angeordnet ist, wobei diese Anordnung eine Probe in Gas eingehüllt bei einem Druck von wenigstens 6,66 N/m² (0,05 Torr) in Ausrichtung mit der druckbegrenzenden Öffnung zu halten vermag, derart, daß eine Oberfläche der Probe einem Strahl geladener Teilchen ausgesetzt werden kann, der von der Quelle für den Strahl geladener Teilchen emittiert wird und durch die druckbegrenzende Öffnung gelenkt wird, wobei ferner eine Elektrode 7 außerhalb der Vakuumumhüllung angeordnet ist und in einem Bereich von ca. 1 bis 200 mm von der Proben-Plattformvorrichtung positioniert ist, derart, daß die von einer Oberfläche einer Probe emittierten Sekundärelektronen, wobei die Probe auf die Proben-Plattformvorrichtung gelegt ist und einem Strahl geladener Teilchen ausgesetzt wird, der von der Quelle für den Strahl geladener Teilchen emittiert wurde, in Berührung mit dieser gelangen können, wobei ferner eine Spannungsquelle 8 zwischen die Elektrode und einer elektrischen Masse oder Erde geschaltet ist und die Fähigkeit hat, die elektrische Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und der Proben-Plattformvorrichtung auf einem Wert größer als ca. 50 V (Volt) und weniger als ca. 2000 V (Volt) zu halten. Das Elektrodenpotential ist dabei positiv relativ zu dem Potential der Proben-Plattformvorrichtung, um dadurch Sekundärelektronen, die von einer Oberfläche einer Probe emittiert wurden, welche auf der Proben-Plattformvorrichtung angeordnet wurde, mit Hilfe eines elektrischen Feldes ausreichender Stärke zu beschleunigen, so daß die emittierten Sekundärelektronen veranlaßt werden, mit Gasmolekülen zu kollidieren und negative Ladungsträger zu erzeugen, die anschließend zusätzliche negative Ladungsträger durch vielfache Kollisionen mit anderen Gasmolekülen erzeugen, so daß eine Anzahl von negativen Ladungsträgern resultiert, die größer ist als die und proportional ist zu der Zahl der ursprünglichen Sekundärelektronen, wobei ferner die Stärke des elektrischen Feldes ausreichend niedrig gewählt ist, um eine sprunghafte elektrische Entladung oder Lichtbogenbildung zu vermeiden. Es ist ferner ein Stromverstärker 9 an die Elektrode angeschaltet und eine Stromdetektoreinrichtung 10 ist zwischen den Stromverstärker und elektrischer Masse oder Erde geschaltet. Bei dieser Anordnung oder Anwendung enthalten die negativen Ladungsträger ionisierte Gasmoleküle und freie Elektronen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Quelle für den Strahl geladener Teilchen aus einer Elektronenstrahlquelle. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Elektrode ca. 10 min von der Proben- Plattformvorrichtung positioniert. Bei einer noch weiteren Ausführungsform ist die Spannungsquelle einstellbar.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein abtastendes Elektronenmikroskop. Speziell unter Hinweis auf Fig. 1 umfaßt das abtastende Elektronenmikroskop eine Vakuumumhüllung 1 mit einer druckbegrenzenden Öffnung 2, einer Elektronenstrahlquelle 3, die innerhalb der Vakuumumhüllung gelegen ist und einen Elektronenstrahl emittieren kann, ferner Fokussierungsmittel 4, die innerhalb der Vakuumumhüllung gelegen sind und einen Elektronenstrahl, der von der Elektronenstrahlquelle emittiert wurde, durch die druckbegrenzende Öffnung hindurchlenken können, Elektronenstrahlabtastmittel, die innerhalb der Vakuumumhüllung gelegen sind und einen Elektronenstrahl, der von der Elektronenstrahlquelle emittiert wurde, über den Durchmesser der druckbegrenzenden Öffnung hinweg bewegen bzw. in Abtastbewegung bewegen können, wobei ferner eine Proben- Plattformvorrichtung 6 außerhalb der Vakuumumhüllung angeordnet ist und eine Probe in Gas eingehüllt mit einem Druck von wenigstens 6,66 N/m² (0,05 Torr) in Ausrichtung mit der druckbegrenzenden Öffnung halten kann, derart, daß eine Oberfläche der Probe einem Elektronenstrahl ausgesetzt werden kann, der von der Elektronenstrahlquelle emittiert wurde und durch die druckbegrenzende Öffnung hindurchgelenkt wurde. Eine Elektrode 7 ist außerhalb der Vakuumumhüllung angeordnet und ist in einem Bereich von 1 bis 200 mm von der Proben-Plattformvorrichtung positioniert, derart, daß die von einer Oberfläche einer Probe emittierten Sekundärelektronen, wobei die Probe auf die Proben-Plattformvorrichtung angeordnet ist und einem Elektronenstrahl ausgesetzt ist, der von der Elektronenstrahlquelle emittiert wurde, in Berührung mit dieser gelangen können. Eine Spannungsquelle 8 ist zwischen die Elektrode und elektrischer Masse oder Erde geschaltet und kann eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und der Proben-Plattformvorrichtung aufrechterhalten, die größer ist als 50 Volt und kleiner ist als ca. 2000 V (Volt), wobei das Elektrodenpotential positiv relativ zu dem Potential der Proben-Plattformvorrichtung ist, um dadurch Sekundärelektronen zu beschleunigen, die von einer Oberfläche einer Probe emittiert wurden, die auf die Proben-Plattformvorrichtung angeordnet wurde, unter Anwendung eines elektrischen Feldes mit ausreichender Stärke, um zu bewirken, daß die emittierten Sekundärelektronen mit Gasmolekülen kollidieren und negative Ladungsträger erzeugen, die anschließend zusätzliche negative Ladungsträger erzeugen, und zwar aufgrund mehrfacher Kollisionen mit anderen Gasmolekülen, woraus eine Anzahl von negativen Ladungsträgern resultiert, die größer ist als die und proportional ist zu der Zahl der ursprünglichen Sekundärelektronen, wobei ferner die Stärke des elektrischen Feldes ausreichend niedrig gewählt ist, um eine sprunghafte elektrische Entladung oder Lichtbogenbildung zu vermeiden. Ein Stromverstärker 9 ist an die Elektrode angeschaltet und eine Stromdetektoreinrichtung 10 ist zwischen den stromverstärker und elektrischer Masse oder Erde geschaltet.
Bei einer Ausführüngsform der Erfindung ist die Elektrode ca. 10 mm von der Proben-Plattformvorrichtung positioniert. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die Spannungsquelle einstellbar. Bei einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Elektronenstrahlquelle einen Elektronenstrahl mit einer Energie innerhalb des Bereiches von ca. 1 keV (Kiloelektronenvolt) bis ca. 40 keV (Kiloelektronenvolt) emittieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen, Verstärken und Detektieren von Sekundärelektronen, die von einer Oberfläche einer Probe emittiert wurden. Das Verfahren umfaßt die Schritte Abtasten der Oberfläche der Probe unter einem geeigneten gasförmigen Druck mit Hilfe eines Strahles geladener Teilchen, der ausreichende Energie besitzt, um zu bewirken, daß Sekundärelektronen von der Oberfläche der Probe emittiert werden. Die Sekundärelektronen werden mit Hilfe eines elektrischen Feldes ausreichender Stärke beschleunigt, um sie zu veranlassen, mit Gasmolekülen zu kollidieren und negative Ladungsträger zu erzeugen, die anschließend zusätzliche negative Ladungsträger durch vielfache Kollisionen mit anderen Gasmolekülen erzeugen, woraus eine Anzahl von negativen Ladungsträgern resultiert, die größer ist als die und proportional ist zu der Zahl der ursprünglichen Sekundärelektronen, wobei die Stärke des elektrischen Feldes ausreichend niedrig ist, um eine sprunghafte elektrische Entladung oder Lichtbogenbildung zu vermeiden. Der aus den Elektronen und den ionisierten Gasmolekülen resultierende elektrische Strom wird detektiert, so daß dadurch ein Signal erhalten wird bzw. detektiert wird, welches proportional zu der Zahl der Sekundärelektronen ist, welches von der Oberfläche der Probe emittiert wurde.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Strahl geladener Teilchen aus einem Elektronenstrahl. Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung besitzt der Elektronenstrahl eine Energie innerhalb des Bereiches von ca. 1 keV (Kiloelektronenvolt) bis ca. 40 keV (Kiloelektronenvolt). Bei einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt der Gasdruck innerhalb des Bereiches von ca. 6,66 N/m² bis ca. 2666 N/m² (0,05 Torr bis 20 Torr). Bei einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung umfaßt das elektrische Feld ein elektrisches Potential von wenigstens ca. 50 Volt und weniger als ca. 200 V (Volt).

Claims

1. Vorrichtung zum Erzeugen, Verstärkung und Detektieren von Sekundärelektronen von einer Oberfläche einer Probe, mit

einer Vakuumumhüllung (Röhrenkolben) (1) mit einer druckbegrenzenden Öffnung (2);

einer Quelle (3) für einen Strahl geladener Teilchen, die innerhalb der Vakuumumhüllung gelegen ist und einen Strahl geladener Teilchen emittieren kann;

einer Fokussierungseinrichtung (4), die innerhalb der Vakuumumhüllung gelegen ist und den Strahl durch die Öffnung lenken kann;

einer Proben-Plattformvorrichtung (6), die außerhalb der Vakuumumhüllung gelegen ist und die Probe in Gas eingehüllt halten kann, und zwar bei einem vorbestimmten Druck in Ausrichtung mit der druckbegrenzenden Öffnung, derart, daß eine Oberfläche der Probe dem Strahl ausgesetzt werden kann;

einer Elektrode (7), die außerhalb der Vakuumumhüllung angeordnet ist und von der Proben-Plattformvorrichtung derart beabstandet ist, daß die von einer Oberfläche der Probe emittierten Sekundärelektronen in Berührung mit der Elektrode gelangen können,

einer Spannungsquelle (8), die zwischen die Elektrode und elektrischer Masse oder Erde geschaltet ist, die eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der Elektrode und der Proben-Plattformvorrichtung aufrechterhalten kann, um dadurch die Sekundärelektronen mit Hilfe eines elektrischen Feldes ausreichender Stärke so zu beschleunigen, daß die Sekundärelektronen veranlaßt werden, mit Gasmolekülen zu kollidieren und Ladungsträger erzeugen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode in einem Bereich von ca. 1 mm bis ca. 200 mm von der Proben-Plattformvorrichtung positioniert ist,

die elektrische Potentialdifferenz größer ist als ca. 50 V (Volt) und kleiner ist als ca. 2000 V (Volt), wobei das Elektrodenpotential relativ zu der Proben-Plattenformvorrichtung positiv ist, derart, daß die erzeugten Ladungsträger negative Ladungsträger sind, die anschließend zusätzliche negative Ladungsträger durch vielfache Kollisionen mit anderen Gasmolekülen erzeugen, so daß daraus eine Anzahl von negativen Ladungsträgern resultiert, die größer ist als die und proportional ist zu der Zahl der ursprünglichen Sekundärelektronen, wobei die Stärke des elektrischen Feldes ausreichend niedrig ist, um eine sprunghafte elektrische Entladung oder Lichtbogenbildung zu vermeiden;

die Vorrichtung ferner einen Stromverstärker (9) enthält, der an die Elektrode angeschlossen ist; und

daß eine Stromdetektoreinrichtung (10) zwischen den Stromverstärker und eine elektrische Masse oder Erde geschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Quelle für den Strahl geladener Teilchen aus einer Elektronenstrahlquelle besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Elektrode ca. 10 mm von der Proben-Plattformvorrichtung positioniert ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Spannungsquelle einstellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vorrichtung aus einem abtastenden Elektronenmikroskop besteht mit einer Abtasteinrichtung (5) für den Elektronenstrahl, die innerhalb der Vakuumumhüllung gelegen ist und den Strahl über den Durchmesser der druckbegrenzenden Öffnung hinweg entsprechend einer Abtastbewegung bewegt.

6. Abtastendes Elektronenmikroskop nach Anspruch 5, bei dem die Strahlquelle einen Elektronenstrahl emittieren kann mit einer Energie innerhalb eines Bereiches von ca. 1 keV (Kiloelektronenvolt) bis ca. 40 keV (Kiloelektronenvolt).

7. Verfahren zum Erzeugen, Verstärken und Detektieren von Sekundärelektronen von einer Oberfläche einer Probe, welches die Schritte umfaßt:

Abtasten der Oberfläche der Probe unter einem geeigneten gasförmigen Druck mit Hilfe eines Strahles geladener Teilchen mit ausreichender Energie, um zu bewirken, daß Sekundärelektronen aus der Oberfläche der Probe emittiert werden, und

Beschleunigen der Sekundärelektronen mit Hilfe eines elektrischen Feldes ausreichender Stärke, um zu bewirken, daß diese mit Gasmolekülen kollidieren und Ladungsträger erzeugen;

dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsträger negative Ladungsträger sind, die anschließend zusätzliche negative Ladungsträger durch vielfache Kollisionen mit anderen Gasmolekülen erzeugen, woraus eine Anzahl von negativen Ladungsträgern resultiert, die größer ist als und proportional ist zu der Zahl der ursprünglichen sekundärelektronen, wobei die Stärke des elektrischen Feldes ausreichend niedrig gewählt ist, um eine sprunghafte elektrische Entladung oder Lichtbogenbildung zu vermeiden, und

das Verfahren ferner Detektieren des elektrischen Stromes umfaßt, der aus den Ladungsträgern resultiert, um dadurch ein Signal zu gewinnen oder zu detektieren, welches proportional zu der Zahl der Sekundärelektronen ist, die von der Oberfläche der Probe emittiert wurden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der Strahl geladener Teilchen ein Elektronenstrahl ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Elektronenstrahl eine Energie innerhalb des Bereiches von ca. 1 keV (Kiloelektronenvolt) bis ca. 40 keV (Kiloelektronenvolt) hat.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem der gasförmige Druck innerhalb des Bereiches von ca. 6,66 N/m² bis ca. 2666 N/m² (0,05 Torr bis 20 Torr) liegt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem das elektrische Feld ein elektrisches Potential von wenigstens ca. 50 V (Volt) und weniger als ca. 2000 V (Volt) aufweist.