Просвечивающий электронный микроскоп

 

1. ПРОСВЕЧИВАЮдай ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП, содержшций внутри вакуумной колонны электронно-оптическую систему и камеру объектов, в которой на подвижном столике установлен объектодерх атель в виде патрончика, отличающийся тем, что, с целью расширения функционёшьных возможностей микроскопа за счет анализа пленок непосредственно при их нанесении или травлении, он снабжен двумя осесимметричными(Ионньми источниками с обра ценными друг к другу кольцеобразными ускорительными каналами и кольцевым экраном между источниками, при этом ионные источники установлены последовательно по ходу электронного пучка перед патрончиком, соосно с оптической осью «кроскопа и выполнены со сквозHtism цилиндрическими отверстиями вдоль оси, a диаметротверстия экрана составляет не менее наружного диаметра ускорительного канала первого по ходу пучка источника и не более диаметра сквозного отверстия второ- j го источника, составляющего не менее (/) диаметра входного отверстия патрон-чика , 2. ИKPOCKPП-ПО п. 1, ОТЛИч a ю д и a с я тем, что ионные источники выполнены по схеме ускори- 2 телей с анодным слоем. 00 СП а: vi со

,su„„1035679 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

Зази Я 61 J 37/26

Т ь

К АВТОРСКОМУ СВИДЕ П:ЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

f30 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ (21) 336 602/18-21 (22) 26.11.81 .(46) 15.08.83. Бюл. Ю 30 .(72) Н.Е.Левчук, A.Ï.Äîñòàíêo, В.Я.Ширипов и В.Н.Егоров (71) Минский радиотехнический институт (53) 621.385.833 (088.8} (56) 1. Сушкин Н.Г. Электронный микроскоп. М.-Л., Госиздат техн.— теор. литературы, 1949, с. 98.

2. Плешивцев Н.В. Катодное распыление. N., Атомиздат, 1968, с. 233 (прототип). (54) (57) 1 ПРОСВЕЧИ @{ИП

НЫЙ МИКРОСКОП, содержащий внутри вакуумной колонны электронно-оптическую систему и камеру объектов, в которой на подвижном столике установлен объектодержатель в виде патрончика, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей микроскопа за счет анализа пленок непосредственно при их нанесении или травлении, он .снабжен. двумя осеснмметричными иониыии источниками с обращенными друг к другу кольцеобразными ускорительньиал каналами и кольцевым экраном между источниками, при этом ионные источники установлены последовательно по ходу электронного пучка перед патрончиком, соосно с.оптической осью микроскопа и выполнены со сквозными цилиндрическими отверстиями вдоль оси, а диаметротверстия экрана составляет не менее наружного диаметра ускорительного канала первого но ходу пучка источника и не более диаметра сквозного отверстия второ- Pg го источника, составляющего не менее диаметра входного отверстия патрон.чика.

2. Микроскоп.по и. 1, о т л и — С ч а ю шийся тем, что ионные источники выполнены но схеме ускорителей с анодным слоем.

1035679

Недостатком данного устройства является невозможность непосредст-. венного,наблюдения кннетики процессов ионного воздействия, посколь-, ку бомбардировка и исследование объекта разнесены во времени. Кроме того, объект должен представлять собой уже сформированную структуру, 40 пленка-подложка, т.е, при помощи данного устройства невозможно наблюдать кинетику образования и роста пленки непосредственно во время нанесения. При нанесении многокомпонентных материалов возможны переходы через метастабильные фазы, которые не могут быть обнаружены при помощи данного устройства. В то же время интенсивное развитие ионных методов нанесения пленок в вакууме (ионное распыление, ионное осаждение, нанесение из ионизированных потоков ), в которых конденсация материала сопровождается ионной бомбардировкой поверхности подложки, делает весьма актуальной задачу исследования и регистрации процесса наю этой поверхности, особенно на начальных стадиях нанесения.

Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей ПЭМ за счет анализа. пленок непосредственно при их нанесении или травле ниию 65

Изобретение относится к просвечи-, вающей электронной микроскопии и может найти применение при экспериментальных исследованиях кинетики изменения структуры и состава тонких пленок в процессе их формирования 5 методом ионного распыления мишени при одновременной бомбардировке поверхности подложек..

Известны просвечивающие электрон ные микроскопы (ПЭМ ),предназначенные для анализа уже готовых объектов, которые устанавливаются в микроскоп через шлюз (1).

Однако они не предназначены для анализа в процессе изготовления.

Известно устройство для исследования кинетики явлений при ионном воздействии, искдючающих воздействие воздуха на объект, представляющее собой вакуумную камеру с помещенной в нее ионной пушкой и соединенную с колонной микроскопа шлюзовой системой. Объект, находящийся в вакуумной камере, подвергается ионному воздействию, после чего перемещается специальным штоком через шлюзовую систему в колонну микроскопа для наблюдения. Ионная пушка при этом выключается, чтобы не происходило возмущающего действия ее полей на электронный луч микроскопа. Затем весь цикл повторяется (2 ).

Укаэанная цель достигается тем, что ПЭМ, содержащий внутри вакуумной колонны электронно-оптическую систему и камеру объектов, в которой на подвижном столике установлен объектодержатель в виде патрончика, снабжен двумя осесимметричными ионными источниками с обращенными друг к другу кольцеобраэными ускорительными каналами и кольцевым экраном между источниками, при этом ионные источники установлены последовательно по ходу электронного пучка перед патрончиком, соосно с оптической осью микроскопа и выполнены со сквозными цилиндрическими отверстиями вдоль оси, а диаметр отверстия экрана составляет не менее наружного диаметра ускорительного. канала первого по ходу йучка источника и не более диаметра сквозного отверстия второго источника, составляющего не менее диаметра входного отверстия патрончика.

Ионные источники целесообразно выполнять по схеме ускорителей с анодным слоем.

На чертеже представлена схема

ПЭМ в зоне камеры объектов.

В вакуумной колонне 1 микроскопа на подвижном столике 2 укреплен патрончик 3 с объектом 4. Перемещение столика 2,обеспечивает небольшие сдвиги объекта относительно оптической оси микроскопа ZZ вдоль которой распространяется зондирующий электронный пучок 5. На дополнительном столике б, расположенном над основным подвижным столиком ?, последовательно вдоль оси установлены осеснмметричные и жестко связанные два ионных источника 7 и 8 и экран

9, что обеспечивает взаимное расположение ионных пучков 10 и 11, экрана 9 и объекта 4 между собой.

Смещение одной из этих частей относительно других приводит к неработоспособности устройства..

Корпус каждого ионного .источника выполнен иэ магнитомягкого материала для,концентрации магнитных полей соленоидов (или постоянных магнитов ) 12 и 13 в кольцевых ускорительных каналах 14 и 15, которые являются вместе с кольцевыми анодами

16 и 17.зонами газовых разрядов и ускорения ионов. По оси корпуса ионных источников выполнены сквозные отверстия для прохождения электрон-. ного пучка, стенки которых 18 и 19 также изготовлены из магнитомягкого материала и служат магнитным экраном„ уменьшающим воздействие магнитных полей соленоидов 12.и 13 на электрон ный зондирующий пучок 5. Небольшие магнитные поля рассеяния, существующие внутри. отверстий„ имеют осе103.5679 симметричную форму и благодаря соосному с электронным пучком расположению ионных источников практически не влияют на качество изображения в микроскопе ° Установленный между ионными источниками, соосно 5 с ним экран 9 может быть выполнен из материала, наносимого на объект

4. Диаметр отверстия экрана выполнен большим, чем наружный диаметр ускорительного канала 14 первого л(3 по ходу пучка ионного источника

7, что необходимо для беспрепятственного прохождения ионного пучка 10 к объекту 4 для его бомбардировки, и меныаим, чем диаметр сквозного отверстия второго источника 8, для беспрепятственного осаждения материала на объект.

С этой же целью диаметр сквозного отверстия второго ионного источ-ника 8 не должен быть менее диа- 2О метра входного отверстия патрончика 3. Ускорительный канал 14 первого ионного источника ориентирован на объект, что необходимо для бомбардировки последнего пуч- 25 ком ионов, а ускорительный канал 15 второго источника направлен на зону экрана 9, непосредственно прилегающего к его внутреннему диаметру.

В этом случае поток распыляемого ЗО материала (экрана или специально . нанесенного j попадает на объект. 8 колонне микроскопа выполнены подвиж" ный ввод 20 и трубка 21 подачи газа., Устройство работает следующим . 35 образом.

После получения в колонне 1 микроскопа необходимого вакуума ионные источники с помощью ввода 20 сдвигаются к периферии камеры. Проводит- 40 ся настройка микроскопа в соответствии с техническим описанием. Через имеющийся в колонне микроскопа шлюз на подвижный столик 2 подается патрончик 3 с объектом 4, которым слу- 45 . жит тонкая (прозрачная для электронного пучка ) угольная пленка или тон-. кая пленка другог необходимбго материала, на который должна быть нанесена исследуемая пленка металла, сплава, соединения и т.д. Ионные источники с помощью ввода 20 устанавливаются на столике б и с помощью перемещения последнего юстируются до получения -изображения на экране микроскопа. В ионный источник через трубку 21 подается рабочий гаэ (Аг, й2 0 2 .д. дав ления (4-6 10 Па. Если в ионных источниках для:формирования маг— нитны полей служат соленоиды, то 60 включается их питание и устанавливается необходимая величина тока.

Иа ансд 16 первого ионного источника 7 подается положительный потенциал величийой 0,5-2,0 кВ. В 65 его ускорительном канале 14 возникает разряд в.скрещенных Е.Н полях и формируется ионный пучок 10, который направлен на объект. Осе-. симметричная форма ионного пучка дает, возможность свести к минимуму искажения. траектории электронного зондирующего пучка 5. Ионным пучком 10 производится ионная очистка поверхности объекта 4. Состояние структуры объекта контролируется на экране микроскопа путем наблюдения структуры или дифракционной картины. Контроль осуществляется непосредственно в процессе ионной очистки. По окончании ионной очистки питание анода 16 выключается и включается питание анода 17 второго источйика 8. Ионы сформированного пучка 11 бомбардируют экран 9, производя его распыление. Распыленный материал экрана попадает на объект 4 и конденсируется на его поверхности в виде тонкой пленки.

Контроль роста пленки проводится путем наблюдения структуры и дифракционной картины на экране микроскопа. Состав пленок контролируется путем регистрации характеристического рентгеновского излучения.

Если -пленка должна . наноситься в условиях ионной бомбардировки, то одновременно запитываются оба анода 16 и 17. Энергия ионов регулируется напряжением питания анодов, которое осуществляется от отдельных источников. При исследовании процессов ионного травления свеженаиесенных пленок анод 16 включается после того, как закончилось распыление мишени, т.е. выключен анод 17.

Таким образом, рассмотреннйй ПЭМ обеспечивает исследование кинетики процессов при ионно-лучевом нанесении тонких пленок различных, в том числе и многокомпонентных материалов, ионной очистке объектов и ионном травлении пленок, сформированных на поверхности объекта, конденсации материала на поверхности объекта в условиях ионной бомбардировки последнего, анализе состава и структуры многокомпонентного объекта в процессе распыления его ионами. B. зависимости от задачи могут использоваться либо только один из ионных пучков, либо оба одновременно., Непосредственно в течение указанных процессов происходит наблюдение изменения структуры исследуемого объекта на экране электронного . микроскопа (na изображению или диф-ракционной картине )и фиксации результатов путем фотографирования, а также регистрации состава по характеристическому рентгеновскому излучению

10356 79

Составитель . В. Гаврюшин

Редактор К»Воюкяйук Техред И.Метжева, .:. Корректор.А.Ференц м» юю» ю ю»»м »ю Ъ» О»

Заказ 5844/53 Жирам 703 . Подписное

BHHHlIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, .Москва» а-35, Раушская наб., д. 4/5

» Ювй юм»»»ью»в»ю»аа»»аЫ»ю»ае»В

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 таким образом, зффек живность устройства заключается в расыиренин функциональнык возможностей микроскопа путем анализа кинетики изменения струк-: туры и состава тонких пленок непосредственно в процессе ион. но-лучевого нанесения, ионной очистки., ионной бомбардировки и ионном покрытии.