DE3412715C2

DE3412715C2 - Feldemissions-Abtastelektronenmikroskop

Info

Publication number: DE3412715C2
Application number: DE3412715A
Authority: DE
Inventors: Syobu Mito Saito
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1983-04-04
Filing date: 1984-04-04
Publication date: 1987-05-14
Also published as: GB8408516D0; GB2139455A; US4588891A; JPH0129302B2; JPS59184440A; GB2139455B; DE3412715A1

Abstract

Es wird ein Feldemissions-Elektronenmikroskop des Abtasttypes geschaffen, wobei weitgegend die Beschleunigungsspannung eines primären Elektronenstrahles variiert wird; eine Breite des primären Elektronenstrahles wird durch eine große Beschleunigungsspannung dünn fokussiert, wenn der Strahl durch die Fokussierlinse tritt. Die Wechselstromänderung (AC variation), welche aufgrund der Gase in der Nähe einer Elektronenquelle verursacht wird, ist in dem Strom des primären Elektronenstrahles eingeschlossen. Die Änderung des primären Elektronenstrahles, ausgedehnt nahe einer Objektivlinse, nachdem er durch die Fokussierlinse getreten ist, wird von einem Detektor in der Nähe der Objektivlinse erfaßt. Der von einer Probe emittierte sekundäre Elektronenstrahl wird von einem Scintillator erfaßt, um ein Abtast-Meßsignal zu erzeugen. Wenn die Beschleunigungsspannung hoch ist, wird das Abtastmeßsignal durch ein Ausgangssignal eines Detektors in der Nähe der Objektivlinse geteilt. Dieses Auswählen kann mit einer Einrichtung zum Auswählen auf der Basis eines Verhältnisses R durchgeführt werden (= Beschleunigungsspannung V0/Ausführspannung V1), welches von der Hochspannungsquelle zu erhalten ist. Es kann aber auch eine Komparatoreinrichtung vorgesehen sein, um die AG-Änderungen der beiden Signale zu vergleichen, die durch Teilen eines Abtastmeßsignales durch die Signale beider Detektoren erhalten werden, wobei eine Wählereinrichtung zum Anlegen des kleineren Signales ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Feldemissions-Abtastelektronenmikroskop gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es z . B. aus der US-PS 37 83 281 bekannt ist.
Da die Helligkeit, die von einer Feldemissions-Kathode geschaffen wird, groß ist und die Größe einer Elektronenquelle klein ist, wenn die Feldemissions-Kathode in einem Feldemissions-Abtastelektronenmikroskop (nachfolgend kurz FE-SEM genannt) verwendet wird, ergeben sich eine verbesserte Leistung, ein verbessertes Auflösungsvermögen und eine längere Haltbarkeit des FE-SEM im Vergleich zu einer Kathode mit einem Wolframfaden, welcher erhitzt werden muß. Jedoch hat die Spitze der Elektronenquelle in einer Feldemissions-Kathode einen Radius von 100 bis 200 nm, und der zu emittierende Elektronenstrahlstrom ist aufgrund des Vorhandenseins von Gasen in der Nähe der Kathode und der Wärmeschwankung unstabil, so daß er eine Schwankung von ungefähr 5 bis 20% aufweist. Aufgrund dieser Tatsache weist ein herkömmliches FE-SEM, wie das aus der o. g. US-PS bekannte, einen Schaltkreis zum Erfassen der Änderung in diesem primären Elektronenstrahl und zum Korrigieren der Änderungskomponente des primären Elektronenstrahls auf, welche in das Ausgangssignal der Erfassung des sekundären Elektronenstrahls von einer Probe eingeht. Dieser Schaltkreis schafft eine ausreichende Korrekturwirkung in den Fällen, in denen die Beschleunigungsspannung für den primären Elektronenstrahl einen feststehenden Wert, z. B. 5 kV oder 20 kV aufweist, oder in einem engen variablen Bereich liegt, beispielsweise 10 bis 30 kV, und in denen der Strahlstrom des primären Elektronenstrahls nur so gering wie beispielsweise 5 µA oder geringer ist.
Beim Beobachten und Analysieren verschiedener Materialien erfordert die Beschleunigungsspannung andererseits einen weiten Bereich von 0,1 bis 50 kV (nahezu das 500fache dazwischen), und der Strom des Elektronenstrahls ebenfalls einen Steuerbereich von nicht größer als 5 µA bis nicht geringer als 50 µA, d. h. einen variablen Bereich vom 10fachen oder darüber. Da eine Änderung des Stromes des primären Elektronenstrahls proportional zu einem Anstieg des Feldemissionsstromes zunimmt, ist ein Verarbeitungssystem mit höherem Grad an Änderungskorrekturgenauigkeit erforderlich. Zusätzlich wird gefordert, daß der ausreichende Änderungskorrektureffekt im gesamten obengenannten Änderungsbereich vom 500fachen erreicht wird. Als Forschungsergebnis wurde gefunden, daß ein herkömmliches Korrekturverarbeitungssystem einer solchen Anforderung nicht genügt. Insbesondere verursachen die Änderungen der Beschleunigungsspannung und des Feldemissionsstroms eine Änderung der Position der virtuellen Elektronenquelle bei der Annahme, daß der Elektronenstrahl von einem Punkt in der Feldemissions-Kathode emittiert wird. Bei dem herkömmlichen Korrekturverarbeitungssystem wird bei erheblichem Ändern der virtuellen Position der Elektronenquelle der ausreichende Korrektureffekt nicht erzielt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Feldemissions-Abtastelektronenmikroskop der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei welchem der Einfluß von Schwankungen des Elektronenstrahlstroms des Feldemissions- Strahlungserzeugungssystem auch bei größeren Änderungen der Beschleunigungsspannung oder der Strahlstromstärke auf das vom primären Elektronenstrahl an der Probe erzeugte Meßsignal korrigiert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Feldemissions-Abtastelektronenmikroskop gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Feldemissions-Abtastelektronenmikroskops sind in den Unteransprüchen angeführt.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 schematisch ein herkömmliches FE-SEM,
Fig. 2 ein Schaubild, wobei das Ablenken des primären Elektronenstrahles aufgrund der Wirkung elektrostatischer Linsen der ersten und zweiten Anoden und der Position S ₁ oder S ₂ einer virtuellen Elektronenquelle gezeigt ist,
Fig. 3 ein Diagramm, wobei die Beziehung zwischen der Beschleunigungsspannung V ₀ und dem Abstand S von der Spitze der tatsächlichen Elektronenquelle zu der virtuellen Quelle gezeigt ist,
Fig. 4 schematisch ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung,
Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung,
Fig. 6 und 7 Schaubilder, welche die Meßergebnisse zeigen,
Fig. 8 und 9 weitere Ausführungsbeispiele,
Fig. 10 und 11 Schaubilder mit den Meßergebnissen.
Vor Beschreibung eines Ausführungsbeispiels gemäß Erfindung wird zunächst ein Beispiel eines herkömmlichen FE-SEM beschrieben. In Fig. 1 ist ein Beispiel eines herkömmlichen FE-SEM gezeigt. Ein FE-Elektronenstrahlerzeugungssystem wird von einer Kathode 1, einer ersten Anode 2 und einer zweiten Anode 3 gebildet, wobei Spannungen von einer Hochspannungsquelle 18 an jede Elektrode angelegt werden. Eine Elektronenausführspannung V ₁ ist zwischen Kathode 1 und erster Anode 2 angelegt, so daß die Elektronen von der Kathode 1 feldemittiert werden können. Diese emittierten Elektronen werden von einer Beschleunigungsspannung V ₀ beschleunigt, die zwischen der Kathode 1 und der zweiten Anode 3 angelegt ist, und sie werden einer der primären Elektronenstrahlen 4 _a-4 _e in Abhängigkeit von einem Wert für V ₀. Der beschleunigte Elektronenstrahl wird als Mikrosonde 10 auf eine Probe 9 von einer Fokussierlinse 6 und einer Objektivlinse 7 fokussiert. Ein Signal von sekundären Elektronen 10&min;, das zu dieser Zeit von der Oberfläche dieser Probe 9 erzeugt ist, wird von einem Detektor 12 erfaßt, welcher aus einem bekannten Scintillator und einem Photoelektronenvervielfacher besteht, und wird zu einem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre 15 über einen Verstärker 13 und einen Korrekturschaltkreis 14 übertragen, der nachfolgend beschrieben wird.
Andererseits wird ein Ablenksignal, das mit einem an einem Ablenksystem des Bildschirms 15 anzulegenden Ablenksignal synchronisiert ist, zu einem Ablenksystem 7&min; geliefert. Dies gestattet, daß die Probe 9 zweidimensional von dem Elektronenstrahl 10 abgetastet wird, welcher diese Probe bestrahlt. Demzufolge wird ein Bild aufgrund der sekundären Elektronen der Probe 9 auf dem Bildschirm 15 angezeigt.
Die primären Elektronenstrahlen 4 _a-4 _e, die auf der Basis der Feldemission erzeugt werden, haben normalerweise Stromschwankungen von ungefähr 5 bis 20% in Abhängigkeit von den Bedingungen des Grades betreffend Vakuum und Temperatur der Gase in dem FE-Elektronenstrahlerzeugungssystem. Um diese Änderung zu erfassen, ist ein Detektor 5 zum Einfangen eines Teiles des Elektronenstrahles 10 in der Nähe der Fokussierlinse vorgesehen. Dieser Detektor 5 hat ein Loch in seiner Mitte, um so lediglich den Teil nahe des Umfanges des Hauptelektronenstrahles zu erfassen, welcher als abschließende Mikrosonde 10 dient. Das hier erfaßte Signal wird von einem Verstärker 11 verstärkt und zu dem Signalkorrekturschaltkreis 14 gesandt, in welchem es dem Divisionsverfahren unterworfen wird, um die Wechselstromkomponente entsprechend der Änderung im primären Elektronenstrahl zu korrigieren, die in dem sekundären Elektronenstrahl 10&min; von der Probe enthalten ist. Ein Ausgangssignal des Schaltkreises 14 wird als korrigiertes Signal zu dem Bildschirm 15 gesandt und dargestellt.
Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Gerät kann eine ausreichende Korrektur in dem Fall nicht durchgeführt werden, in welchem die Beschleunigungsspannung V ₀ in einem weiten Bereich von einer niedrigen Beschleunigungsspannung von ungefähr 0,1 kV bis zu einer hohen Beschleunigungsspannung von 40-50 kV geändert werden kann, wie dies beim Untersuchen verschiedener Materialien erforderlich sein kann.
Weil in dem Fall, wo der variable Bereich der Beschleunigungsspannung V ₀ breit ist, wenn die Beschleunigungsspannung V ₀von einer niedrigen zu einer hohen Spannung geändert wird, die emittierten Elektronen schwächer abgelenkt werden, wie dies durch die Bezugsziffern 4 _a bis 4 _c angezeigt ist, und zwar aufgrund der Wirkung der elektrostatischen Linse, die von den ersten und zweiten Anoden 2 und 3 in dem FE-Elektronenstrahlerzeugungssystem gebildet ist; dabei wird die Wirkung der elektrostatischen Linse geschaffen, wenn die Differenzspannung von (V ₀-V ₁) angelegt wird. Somit wird sich der Strahlstrom des Primärelektronenstrahles, der von dem Detektor 5 erfaßt werden kann, beachtlich gemäß den Beschleunigungsspannungsbedingungen geändert haben. Beispielsweise werden die emittierten Elektronen 4 _a unter der niedrigeren Beschleunigungsspannung von der zweiten Anode 3 abgefangen, so daß eine Elektronenmenge, die von dem Detektor 5 erfaßt werden kann, begrenzt ist. Andererseits werden die emittierten Elektronen 4 _c unter der hohen Beschleunigungsspannung zu schwach fokussiert, so daß die Elektronen schwer von dem Detektor 5 erfaßt werden können; demzufolge kann ein wünschenswerter Effekt mittels des Korrekturschaltkreises 14 nicht erwartet werden.
In Fig. 2 ist der Ablenkzustand des obigen Elektronenstrahles in der vergrößerten Darstellung des Elektronenstrahlerzeugungssystems gezeigt, wobei S ₁ oder S ₂ einen Abstand von der unteren Oberfläche der zweiten Anode 3 zu der virtuellen Elektronenquelle bezeichnet. Obwohl es in Fig. 1 erläutert ist, daß, wenn die Beschleunigungsspannung geändert wird, der Ablenkwinkel des Elektronenstrahles aufgrund der Wirkung der elektrostatischen Linse der ersten und zweiten Anode variiert, kann dies als Änderung der Position der virtuellen Elektronenquelle, wie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist, aus einem anderen Gesichtspunkt verstanden werden. Die virtuelle Elektronenquelle entsteht durch die tatsächliche Wirkung der elektrostatischen Linse. Das heißt, die Quellenposition bei der niedrigen Beschleunigungsspannung ist S ₁, d. h. die virtuelle Elektronenquelle liegt ziemlich nahe an der Kathode 1. Dagegen liegt S ₂ unter hoher Beschleunigungsspannung vor der Kathode, wie dies durch die unterbrochene Linie angedeutet ist, d. h. die Elektronenquelle liegt weit oberhalb der Kathode. Genau gesagt hängt die Position der virtuellen Elektronenquelle von dem Verhältnis der Beschleunigungsspannung V ₀ zur Ausführspannung V ₁ ab, d. h. von R = V ₀/V ₁. Wenn beispielsweise die Beschleunigungsspannung konstant ist und die Ausführspannung halbiert wird, wird der Abstand von der Spitze der Elektronenquelle zu der virtuellen Position S groß sein, während die Breite des primären Elektronenstrahles dünn wird. Im allgemeinen ist die Ausführspannung V ₁ auf einen Wert zwischen 3 und 6 kV eingestellt.
Fig. 3 zeigt eine Kurve, in welcher die Ausführspannung V ₁ konstant ist, wobei auf der Abszisse die Beschleunigungsspannung V ₀ und auf der Ordinate der Abstand S von der Spitze der tatsächlichen Elektronenquelle zur virtuellen Elektronenquelle aufgetragen sind. Wie oben beschrieben ist, ist in dem Fall, in welchem es erforderlich ist, die Beschleunigungsspannung beträchtlich zu ändern, eine laufende Stromerfassungseinrichtung zum Durchführen der Korrektur bei Betrachtung des Ablenkzustandes des primären Elektronenstrahles aufgrund der Wirkung der elektrostatischen Linse des FE-Elektronenstrahlerzeugungssystems erforderlich, d. h. bei Betrachtung des Unterschiedes in der Position der virtuellen Elektronenquelle. Dies ist ähnlich zu dem Fall, in welchem die Beschleunigungsspannung V ₀ konstant ist und in welchem der Strom des primären Elektronenstrahles beträchtlich geändert werden muß, und zwar durch Variieren der Elektronenstrahlausführspannung V ₁.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem zusätzlich zu dem Detektor 5 des Primärelektronenstrahles in der Objektivlinse 7 ein Detektor 8 vorgesehen ist, der in seiner Mitte ein kreisförmiges Loch mit einem Durchmesser von 200-300 µm aufweist, um zu gestatten, daß der primäre Elektronenstrahl durchtreten kann. Eine Blende 16 mit einem kreisförmigen Loch eines Durchmessers von 4 mm ist zwischen der Fokussierlinse und der Objektivlinse angeordnet und dient dazu, einen Erfassungswinkel des Primärelektronenstrahles des zweiten Detektors 8 zu begrenzen. Signale, welche den beiden Teilen des primären Elektronenstrahles entsprechen, die von beiden Detektoren erfaßt sind, werden entsprechend durch Verstärker 11 _a und 11 _b verstärkt und zu einem Signalwähler 17 als zwei Bezugssignale für die Korrektur gesandt. Der Wähler 17 empfängt das Verhältnis R der Spannungen V ₀ und V ₁ von der Hochspannungsquelle 18, und wenn dieses Verhältnis größer als ein gewisser kritischer Wert R ₀ ist, wählt er das Bezugssignal von dem Verstärker 11 _b, während er sonst das Bezugssignal von dem Verstärker 11 _a wählt und zu dem Divisionskorrekturschaltkreis 14 sendet. Dieser Korrekturschaltkreis 14 umfaßt einen bekannten Log-Verstärker, einen Subtraktionsschaltkreis und einen Numerusverstärker (nicht gezeigt) und teilt das sekundäre Elektronensignal von dem Verstärker 13 durch das Bezugssignal von dem Wähler 17 und sendet dann das so erhaltene Korrektursignal zu dem Bildschirm 15. Aufgrund dieser Division wird die Wechselstromkomponente auf der Basis der Stromänderung des primären Elektronenstrahles, die in dem sekundären Elektronensignal enthalten ist, unterdrückt, so daß hierdurch gestattet wird, daß die Qualität des abzutastenden und von dem Bildschirm 15 darzustellenden Bildes verbessert wird. Die obenerwähnte Selektion wird unter Verwendung der Elektronenstrahlen 4 _b und 4 _c beschrieben.
Unter den primären Elektronenstrahlen in Fig. 4 bezeichnet die durch ausgezogene Linie dargestellte Bezugsziffer 4 _b den primären Elektronenstrahl, der unter geringer Beschleunigungsspannung erzielt werden soll; in diesem Fall wird der erste Detektor 5 verwendet. Der durch die unterbrochene Linie dargestellte Elektronenstrahl 4 _c wird unter der hohen Beschleunigungsspannung abgeleitet; in diesem Fall wird er von dem zweiten Detektor 8 erfaßt, weil die Erfassung durch den ersten Detektor 5 unmöglich ist. Demzufolge ist es für den Signalwähler 17 erforderlich, einen der Detektoren 5 und 8 in Übereinstimmung mit der Beschleunigungsspannung zu wählen. Bei der gezeigten Vorrichtung kann der erste Detektor 5 unterhalb der Beschleunigungsspannung von 5 kV verwendet werden, während der zweite Detektor 8 oberhalb 10 kV verwendet werden kann. Zusätzlich wird in bezug darauf, welcher Detektor in einem Bereich von 5-10 kV verwendet wird, der Detektor, eine bessere Korrekturprozeßwirkung für das SEM erzielbar ist, welches eingesetzt ist, unter beiden Detektoren ausgewählt und wird in dem Signalwähler 17 eingestellt.
In Fig. 5 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gemäß Erfindung gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt eine weitere automatisierte Vorrichtung der in Fig. 4 gezeigten Ausbildung. Ein Komparator 19 empfängt Korrekturausgangssignale von zwei Teilern 14 _a und 14 _b und dient dazu, automatisch einen Signalwähler 27 zu schalten, um so das Korrekturausgangssignal zu wählen, welches geringere Wechselstromkomponenten einschließt. In Fig. 4 und 5 kann der Detektor zum Anzeigen eines Teiles des primären Elektronenstrahles der Detektor sein, der in der Position nach der Blende 16 angeordnet ist, oder er kann auch der Detektor 5 sein, welcher im allgemeinen als Blende verwendet wird.
In Fig. 6 sind zwei Signale gezeigt, eines ist das Signal, von dem das von dem Sekundärelektronendetektor 12 unter der Beschleunigungsspannung von V ₀ = 30 kV und V ₁ = 5 kV zu erzielende Signal durch den Verstärker 13 verstärkt wurde; und das andere ist das Signal, von welchem das obenerwähnte Signal durch den Korrektionsschaltkreis 14 _a korrigiert ist. Seine Schwankungsbreite beträgt ungefähr 25 mV.
In Fig. 7 sind die beiden Signale gezeigt, von denen eines das verstärkte Signal des Verstärkers 13 bei den Beschleunigungsspannungen von V ₀ = 30 kV und V ₁ = 5 kV ist, wobei das zweite das Signal ist, von dem das obige verstärkte Signal durch den Korrekturschaltkreis 14 _b korrigiert war. Die Schwankungsbreite beträgt ungefähr 5 mV.
Unter derart hohen Beschleunigungsspannungen ist das letztere korrigierte Signal flacher, so daß es erkennbar ist, daß der Detektor 8 anstelle des Detektors 5 auszuwählen ist.
Für ein gewöhnliches Bilddarstellungssignal wurde durch Versuche bestätigt, daß es ausreicht, wenn seine Schwankungsbreite nicht größer als 10 mV ist. Demzufolge kann gesagt werden, daß die Daten nach der Korrektur in Fig. 7 die Daten sind, welche wiedergeben, daß ihr Korrektureffekt ausreichend erreicht ist.
In Fig. 10 und 11 sind die Wechselstromkomponenten der von den gleichen Schaltkreisen, wie in den in Fig. 6 und 7 gezeigten Fällen, unter Beschleunigungsspannungen von V ₀ = 2 kV und V ₁ = 5 kV zu erzielenden Signalen gezeigt.
Unter derart niedrigen Beschleunigungsspannungen sei hervorgehoben, daß das Korrektursignal gewählt werden muß, welches durch Eingeben des Bezugssignales erhalten wird, von welchem das Signal aus dem Detektor 5 durch den Verstärker 11 _a in dem Teiler 14 _a verstärkt wurde.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird selbst in den Fällen, in denen die Beschleunigungsspannung weitgehend geändert wird und in welchen die Position der virtuellen Elektronenquelle beachtlich geändert wird, der ausreichende Korrektureffekt erhalten.
Die Verstärker 11 _a, 11 _b und 13 schließen tatsächlich automatische Verstärkungsgrad-Einstellschaltungen ein.
Das obige Divisionsverfahren kann unter Verwendung eines Mikroprozessors realisiert werden.
In den Fig. 4 und 5 ist das Ablenksystem 7&min;, welches ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten ist und zum Abtasten der Probe 9 durch den primären Elektronenstrahl erforderlich ist, fortgelassen.
In Fig. 8 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, in welchem entsprechend in der Nähe der Fokussier- und der Objektivlinse Reflexionselektronendetektoren 21 _a und 21 _b zum Erfassen von Reflexionselektronen 20 _a und 20 _b vorgesehen sind, die als Ergebnis des Auftreffens der primären Elektronenstrahlen 4 _b und 4 _c auf reflektierende Platten 35 und 38 erzeugt sind. Die Verbindungen der Ausgänge der entsprechenden Verstärker 11 _a, 11 _b und 13 sind fortgelassen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, das Korrigieren zu verwirklichen, indem die Erfassungssignale der Reflexionselektronenstrahlen als Bezugssignale verwendet werden.
In Fig. 9 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gezeigt, in welchem entsprechend in der Nähe der Fokussier- und der Objektivlinse Sekundärelektronendetektoren 22 _a und 22 _b zum Erfassen von Sekundärelektronen 23 _a und 23 _b vorgesehen sind, welche als Ergebnis des Zusammenprallens der primären Elektronenstrahlen 4 _b und 4 _c mit Sekundärelektronen emittierenden Platten 45 und 48 erzeugt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, das Korrigieren durchzuführen, indem als Bezugssignale die Sekundärelektronenstrahl-Erfassungssignale verwendet werden, welche die Änderungen entsprechend den Stromschwankungen aufweisen, welche die primären Elektronenstrahlen haben.
Die Ausführungsbeispiele zeigen Abtastelektronenmikroskope, welche die Sekundärelektronen-Meßsignale in dem FE-SEM korrigieren. Jedoch ist hervorzuheben, daß der erfindungsgemäße Vorschlag ebenfalls auf FE-SEM anwendbar ist, die mit Detektoren zum Erfassen von Röntgenstrahl-Erfassungssignalen, Kathodenlumineszenz, Übertragungselektronen, Absorptionselektronen in einer Probe und Auger-Elektronen versehen sind.
Obwohl das elektrische Feld, das in der Nähe der Elektronenquellenspitze aufgrund der Ausführspannung V ₁ verursacht wird, annähernd E = 10⁷ V/mm ist, und zwar selbst in dem Fall, in dem die Elektronenquelle erhitzt wurde, um die Strommenge des Primärelektronenstrahles zu erhöhen, kann die Korrektur durchgeführt werden, indem die beschriebenen Detektoren vorgesehen werden.

Claims

1. Feldemissions-Abtastelektronenmikroskop mit

(a) einem Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystem mit einer Feldemissions-Kathode (1),

(b) einer Fokussierlinse (6) zum Fokussieren des von dem Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystem erzeugten primären Elektronenstrahles,

(c) einer Objektivlinse (7) zum Abbilden des durch die Fokussierlinse getretenen primären Elektronenstrahles auf eine Probe (9),

(d) einem Detektor (12) zum Erfassen eines von dem primären Elektronenstrahl an der Probe erzeugten Meßsignales,

(e) einer Detektoreinrichtung (5, 8) zum Erfassen des Umfangs des primären Elektronenstrahles und

(f) einer Korrektureinrichtung (14, 17, 18, 19, 27) zum Korrigieren des Meßsignals auf der Basis des Ausgangssignals der Detektoreinrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung aus

(g) einem näher an dem Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystem als die Fokussierlinse (6) angeordneten Detektor (5) zum Erfassen eines ersten Umfanges des primären Elektronenstrahles und

(h) einem zweiten Detektor (8) besteht, der in der Nähe der Objektivlinse (7) angeordnet ist und zum Erfassen eines zweiten Umfanges des primären Elektronenstrahles dient, welcher entsteht, wenn die virtuelle Quelle des Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystems bei erhöhter Beschleunigungsspannung oder bei erhöhtem Strahlstrom von der Fokussierlinse aus gesehen hinter der Feldemissions-Kathode liegt,
und daß

(i) die Korrektureinrichtung (14, 17, 18, 19, 27) das Meßsignal auf der Basis des Ausgangssignals des ersten Detektors (5) korrigiert, wenn die Beschleunigungsspannung oder der Strahlstrom des Feldemissions-Elektronenstrahlerzeugungssystems niedrig sind, und auf der Basis des Ausgangssignals des zweiten Detektors (8), wenn die Beschleunigungsspannung oder der Strahlstrom erhöht sind.

2. Abtastelektronenmikroskop nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blende (16) zwischen dem zweiten Detektor (8) und der Fokussierlinse (6) vorgesehen ist, um einen unerwünschten Umfangsabschnitt, der nicht den zweiten Detektor (8) erreichen soll, in der Strahlbreite des primären Elektronenstrahles auszuschalten.

3. Abtastelektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung einen Wähler (17), welchem die Ausgangssignale des ersten und zweiten Detektors (5, 8) eingegeben werden und welcher einen von ihnen auswählt und ausgibt, und einen Teiler (14) aufweist, um ein Korrektursignal auszugeben, welches durch Teilen eines Ausgangssignals des Detektors (12) zum Erfassen des Meßsignals durch ein Ausgangssignal des Wählers (17) erhalten wird, und daß entsprechend den Beschleunigungsspannungen V ₁ und V ₀, die jeweils zwischen der Feldemissions-Kathode (1) und einer ersten bzw. zweiten Anode (2, 3) angelegt sind, der Wähler (17) das Ausgangssignal des ersten Detektors (5) auswählt, wenn das Verhältnis R = V ₀/V ₁ kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und das Ausgangssignal des zweiten Detektors (8) auswählt, wenn dieses Verhältnis R gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist (Fig. 4).

4. Abtastelektronenmikroskop nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung

a) einen ersten Teiler (14 _a) zum Ausgeben eines ersten Korrektursignals, welches durch Teilen des Ausgangssignals des Detektors (12) zum Erfassen des Meßsignals durch das Ausgangssignal des ersten Detektors (5) erhalten wird,

b) einen zweiten Teiler (14 _b) zum Ausgeben eines zweiten Korrektursignals, welches durch Teilen des Ausgangssignals des Detektors (12) zum Erfassen des Meßsignals durch das Ausgangssignal des zweiten Detektors (8) erhalten wird,

c) einen Komparator (19) zum Vergleichen der Größen der Wechselstromkomponenten in dem ersten und zweiten Korrektursignal und

d) einen Wähler (27) zum Wählen und Ausgeben des Korrektursignals aufweist, welches die kleinere Wechselstromkomponente in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal des Komparators (19) enthält (Fig. 5).