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Die Triglav-Elektronensäule basiert auf dem Konzept und dem Zusammenspiel einer „Triade“ von elektronenoptischen Linsen und Detektoren zur Erreichung der höchstmöglichen SEM Probenauflösung.

In der Halbleiterindustrie sind höchste Auflösungen zur Abbildung von Kleinststrukturen nötig, was die jährliche steigende Halbleiterstrukturpackungsdichte nötig macht. Auch biologische Proben, Polymere Materialien, Mineralien und weitere, ausgenommen magnetisierbare Proben, sind bei Raum- oder Cryotemperaturen mit einen Triglav-System höchstauflösend untersuchbar.

Die Triglav-Elektronensäule ist ein sog. magnetisches Immersionssystem. Die Elektronensäule und die Probe bilden zusammen ein elektronenoptisches System. Dabei beeinflussen sich die Elektronensäule und die Probe gegenseitig.

Das Charakteristikum eines Immersionssystem ist, dass der erzeugte Elektronenstrahl so perfekt und so gerichtet wie möglich bis zur Probe hingeführt wird. Mithilfe eines in der Elektronensäule produzierten zusätzlichen magnetischen Feldes, welches von der Elektronensäule bis zur Probe reicht, werden die aus der Säule austretenden Elektronen bis zur Probe „geführt“.

So werden Aberrationen minimiert und der Elektronenstrahl wird bis zur Probe hin perfekt fokussiert.

Das TESCAN Triglav-System besteht dabei aus mehreren magnetischen Linsen (magnetische Spulen), wie auch in der Abb. 1 zu ersehen ist. Das TriLens-Objective-System, das Zusammenspiel aus den drei Linsen Zwischenlinse („IML“), analytische Linse und Ultra-Hochauflösungsline, welche ein gemeinsames elektronenoptisches System bilden, ist für die Erreichung der entsprechenden Auflösung von Wichtigkeit.

In der Elektronenquelle („Electron Source“) werden zunächst die Elektronen erzeugt. TESCAN verwendet ein einzigartiges Elektronenquellensystem auf Basis der Feldemission, welches einen sehr feinen Elektronenstrahl schon von Beginn an im Bereich von wenigen Nanometern erzeugt.

In der Elektronenquelle werden die Elektronen beschleunigt. Es können dazu Beschleunigungsspannungen zwischen 1 kV bis 30 kV per Menü ausgewählt werden, oder die Beschleunigungsspannung als eigener gewählter Wert direkt eingegeben werden. Die Beschleunigungsspannung ist auf 30 kV beschränkt (wegen Röntgenstrahlschutzvorschriften).

Abb. 1: Aufbau des TESCAN Triglav Elektronensäule, ein elektronenoptisches Immersionssystem.

Der austretende Elektronenstrahl wird im weiteren Verlauf vom Magnetfeld der ersten magnetischen Linse, dem „Kondensor“, wieder fokussiert.

Der fokussierte Elektronenstrahl tritt dann durch die mechanische Öffnung des axialen Detektorsystems und wird schließlich durch die zweite magnetische Linse, der intermediären Linse (Zwischenlinse), erneut fokussiert.

Leichte Inhomogenitäten im Magnetfeld der ersten zwei Linsen, welche technisch bedingt sind, führen zu kleinen Abweichungen in der Fokus-Strahlform, die durch die nachfolgenden Stigmationsspulen ausgeglichen werden können.

Im gleichen Bereich finden sich ebenfalls die Ablenkspulen („Scanning coils“), welche den Elektronenstrahl lateral in X und Y Richtung, auf Befehl des Operators, über die einfach zu bedienende und intuitive TESCAN Essence Software ablenken können und dabei auch die Schnelligkeit des sog. Rasterns („Scanning Speed“) über die Probe beeinflussen.

Schließlich wird der Elektronenstrahl durch das Magnetfeld der sog. Objektivlinse bis auf die Probenoberfläche hin fein fokussiert. In den meisten Elektronenmikroskopen ist die Objektivlinse die letzte magnetische Linse bevor der Elektronenstrahl auf der Probe auftrifft.

In TESCAN Geräten wird das Zusammenspiel bis zur Objektivlinse als „Analysis“-Modus bezeichnet und ist intuitiv einstellbar. TESCAN Säulen der 4. Generation erreichen bereits hier hohe Auflösungen und können feine Strukturen mit lateralen Bildausschnittsdimensionen (Vergrößerungen) im oberen Nanometerbereich (500 – 1000 nm) kontrastreich abbilden.

Schaltet man noch zusätzlich TESCAN „UH-Resolution“-Modus die 4. magnetische Linse an, welches ein (Immersion)-Magnetfeld um den Polschuh herum bis zur Probe hin aufbaut, welches den Elektronenstrahl (Primärstrahl) nach Austritt aus dem Elektronensäulenpolschuh nochmals fokussiert und bis zur Probe gerichtet weiterführt. Dies ermöglicht Bildausschnittsdimensionen bis in den unteren Nanometerbereich für die Abbildung von feinsten Strukturen (70 – 500nm).

Die sekundären (SE) oder rückgestreuten (BSE) Elektronen, welche durch den primären Elektronenstrahl in der jeweiligen Probe erzeugt werden, können durch Detektoren in der Kammer oder Detektoren in der Elektronensäule analytisch erfasst werden.

Der Vorteil eines ultrahochauflösenden Immersionssystem ist dabei, dass im eingeschalteten UH-Resolution-Modus, sowohl die SE und BSE- Elektronen nahezu vollständig von den Säulendetektoren erfasst werden können.

Die erzeugten Elektronen werden, genauso wie der Primärelektronenstrahl auf die Probe hin geleitet wird, durch das äußere Immersionsmagnetfeld vollständig in die Säule zurückgeleitet. Dadurch kann eine hohe Anzahl von Elektronen jeglicher Art in der Säule detektiert werden, was mit einer ultrahochauflösenden brillanten, und vor allem schnelleren, Bildausnahme einhergeht und ein Vorteil gegenüber anderen Säulen darstellt.

Dazu wurden drei optimierte Detektortypen zusätzlich in die Säule eingebaut, der sogenannte „In-Lens SE“-Detektor, der „Mid-Angle BSE“-Detektor und der „In-Beam f-BSE“-Detektor.

Abhängig von der Energie der einzelnen Elektronen (SE oder BSE- Elektronen) können diese weite Strecken zurücklegen und sogar den In-Beam-f-BSE-Detektor erreichen (je höher die Energie, desto weiter die zurücklegbare Strecke).

Selbstverständlich muss nicht unbedingt der UH-Resolutionsmodus eingeschaltet sein, damit mit den empfindlichen Säulendetektoren entsprechend detektiert werden kann. Dies ist auch in anderen Modi möglich, allerdings erhält man dem Immersionsmodus die höchste Auflösung und die höchste Ausbeute.

Der hochauflösende Analysis Modus bietet dabei den weiteren Vorteil, dass nicht nur die Säulendetektoren verwendet werden können, sondern auch der externe und motorisierte BSE Detektor und auch der Kammer SE Detektor. Dies ist dem Immersionsmodus nicht möglich.

Die Triglav-Säule bietet brillante und maximale hochauflösende und ultrahochauflösende Abbildungsperformance in TESCAN SOLARIS-Geräten.