Спектрометр оже-электронов

 

Изобретение относится к устройствам для элементного анализа поверхности материалов методом спектроскопии Оже (О)-элек тронов. Цель - расширение функциональных возможностей О-микроанализа поверхности твердых тел. Спектрометр О-электронов содержит микрофокусную электронную пунь ку 1, металлический экран 4, электроды (Э) 6, 7 цилиндрического зер кального анализатора (ЦЗА), причем Э 6 имеет кольцевые вырезы,, затянутые металлическими сетками высокой прозрачности, приемную диафрагму 8 с отверстием, детектор 9, анертурную диафрагму 10 с кольцевым вырезом и центральным отверсти.ети. Цель достигается тем, что электростатическое сферическое зеркало выполнено из двух обращенных выпуклой стороной к ЦЗА сегментных сферических Э 2 и 3, причем Э 2 выполнены из металлической сетки высокой прозрачности, а ЭЗ -- сплошной с отверстием. В описании изобретения дано металлическое выражение д.чя расчета радиуса Э2. Изобретение позволяет увеличить глубину и чувствительность зондирования внадин но с 1ектрам О-электронов . 3 ил. (g (Л со о ГС со 01 со Фаг

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ö 4 Н 01,) 49 46 (у) щ ч д .ф !

) г ь

1 !

1 ф 4Е

Ъ

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTQPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3969024/24-21 (22) 22. 0.85 (46) 07.04.87. Бюл. № 13 (71) Институт, ядерной физики AH КазССР (72) В. В. Зашквара, Л. С. Юрчак и А. И. Часников (53) 621.384 (088.8) (56) Иоши А., Дэвис Л., Палмберг П. Анализ электронов по энергиям.— В кн:: Методы анализа поверхностей./Под ред. А, Зандерны. М.: Мир, 1979, с. 213 — 226.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1093164, кл. Н 01 ) 39/38, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 865046, кл. Н 01 ) 49/48, 1979.

Авторское свидетельство СССР № 1112440, кл. Н 01 J 49/46, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1086991, кл. Н 01 J 49/48, 1983. (54) СПЕКТРОМЕТР ОЖЕ-ЭЛЕКТРОНОВ (57) Изобретение относится к устройствам для элементного анализа поверхности материалов методом спектроскопии Оже (О) -элек

„„Я0„„1302353 А1 тронов. Цель — расширение функциональных возможностей О-микроанализа поверхности твердых тел. Спектрометр О-электронов содержит микрофокусную электронную пушку 1, металлический экран 4, электроды (Э)

6, 7 цилиндрического зеркального анализатора (ЦЗА), причем Э 6 имеет кольцевые вырезы, затянутые металлическими сетками высокой прозрачности, приемную диафрагму 8 с отверстием, детектор 9, апертурную диафрагму 10 с кольцевым вырезом и центральным отверстием. Цель достигается тем, что электростатическое сферическое зеркало выполнено из двух обращенных выпуклой стороной к ЦЗА сегментных сферических

Э 2 и 3, причем Э 2 выполнены пз металлической сетки высокой прозрачности, а ЭЗ сплошной с отверстием. В описании изобретения дано металлическое выражение для расчета радиуса Э2. Изобретение позволяет увеличить глубину и чувствительность зондирования впадин по спектрам О-электронов. 3 ил.

1302353

50

Изобретение относится к устройствам для элементного анализа поверхности материалов методом спектроскопии Оже-электронов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей Оже-микроанализа поверхности твердых тел за счет увеличения глубины и чувствительности зондирования впадин по спектрам Оже-электронов.

Применение ЭСЗ с сегментными электродами, обращенными выпуклостью к ЦЗА, при условии выполнения соответствующих соотношений между R и r, между кинетической энергкей анализируемых электронов и отклоняющими потенциалами электростатических зеркал является необходимым и достаточным для осуществления светосильного энергоанализа высокого разрешения той части потока вторичных электронов, которая выходит из образа под малым углом отбора и содержит информацию о глубинных участках впадин.

На фиг. 1 представлена схема датчика спектрометра Оже-электронов; на фиг. 2— отражающий участок ЭСЗ и угловые координаты, которыми описываются траектории частиц; на фиг. 3 — зависимости коэффициента заполнения К от параметров анализатора.

Устройство содержит микрофокусную электронную пушку 1, источник тонкого возбуждающего электронного пучка с энергией от нескольких килоэлектрон-вольт до десятков (фиг. 1 первичный электронный пучок обозначен штриховыми линиями). сегментные электроды 2 и 3 электростатического сферического зеркала (ЭСЗ) (электрод 2 выполнен из металлической сетки высокой прозрачности, электрод 3— сплошной, имеет малое отверстие при вершине для прохождения возбуждающего электронного пучка), металлический экран 4 сферической формы, защищающий 3С3 со стороны электронной пушки l. Электроды

2 — 4 концентричны. На фиг. 3 также обозначены; исследуемый образец 5, внутренний

6 и наружный 7 электроды цилиндрического зеркального анализатора (ЦЗА) (электрод 6 снабжен кольцевыми вырезами для прохождения анализируемого пучка вторичных электронов, вырезы затянуты металлическими сетками высокой прозрачности, электрод 6 заземлен, на электрод 7 пода. ется отрицательный отклоняющий потенциал), приемная диафрагма 8 с малым круглым отверстием, детектор 9, апертурная диафрагма 10, имеющая кольцевой вырез и центральное отверстие для прохождения первичного пучка. Электронная пушка 1, ЭСЗ

2 — 4, ЦЗА 6 — 8, соосны.

На фиг. 1 а — угол конуса, образованного оптическими осями, пучка вторичных электронов с поверхности образца 5, угол наклона осевой траектории анализируемого

5 !

0 !

35 пучка в ЦЗА. Ввод образца 5 в область внутреннего электрода 6 производится через окно в электроде 6, для этого электроды ЦЗА должны иметь боковой секторный вырез на угол -90 и электростатическую защиту рабочего поля по краям выреза. В этом случае угол раскрытия анализирующего поля

ЦЗА в азимутальной плоскости составляет -90 и электростатическую защиту рабочего поля по краям выреза. В этом случае угол раскрытия анализирующего поля ЦЗА в азимутальной плоскости составляет -270 .

Датчик спектрометра Оже-электронов работает следующим образом.

Оразец 5 вводится в датчик и располагается в рабочем положении в области внутреннего цилиндрического электрода 6. Исследуемый участок образца 5 облучается тонким электронным пучком, генерируемым пушкой 1 и под действием облучения эмитирует вторичные электроны. Часть потока вторичных электронов, вышедшего из поверхности образца 5 под небольшим углом отбора а, регулируемым перемещением вдоль оси апертурной диафрагмы 10, отражается полем ЭСЗ, затем поступает в ЦЗА, отражаясь от отклоняющего поля которого, фокусируется на круглом отверстии приемной диафрагмы 8 и поступает в детектор 9. Поскольку система электростатических зеркал (ЭСЗ и ЦЗА) обладает свойством линейной дисперсии по энергии, то согласованно изменяя отклоняющие потенциалы зеркал U--. иБ получают спектр энергий вторичных электронов.

Специфическая особенность предлагаемого датчика заключается в том, что в режиме, благоприятном для Оже-микрозондирования глубоких впадин на поверхности образца, поток вторичных электронов, выходящий из поверхности обрзца под малым углом отбора а, в результате отражения от

ЭСЗ, сегментные электроды которого обращены к образцу выпуклыми поверхностями. трансформируется в пучок, наклоненный под углом близким к ni= 42.3, при котором в

ЦЗА осуществляются наиболее благоприятные условия для угловой фокусировки второго порядка и наилучшего энергетического разрешения.

Существенное отличие от известных устройств состоит в том, что радиус внешнего сегментного сферического электрода R больше радиуса внутреннего электрода ЦЗА

r и определяется выражением

R., —.

sing (ni — а+ 2arccos Я!да) — л)) (1) где ri — радиус внутреннего электрода цилиндрического зеркального анализатора, м; к — заданный коэффициент заполнения рабочей области поля электростатического сферического зеркала траектории (0(k(1);

1302353 (3) (4) 35

= 1,8480, где q — и Š— заряд (1 11эсз

2Е RÊí H1) -вн

sin< = 0,758 (г — pa45

Формула изобретения

Л вЂ” расстояние от источника Оже-электрононов до поверхности внешнего сегметного сферического электрода, м; а — угол наклона оптической оси в пучке

Оже-электронов на выходе пучка из источника, рад; а — угол наклона оптической оси на входе пучка в цилиндрический зеркальный анализатор.

Необходимость этого обоснована следующими расчетами. По закону сохранения момента количества движения заряженной частицы в поле центральных сил имеет место соотношение л — (х — а) = Х +х (2) С помощью уравнения (2) угол переме щения заряженной частицы в поле ЭСЗ Х может быть представлен следующим образом

Х= Х вЂ” Xi — — ai — а+2X> — л

Если 20 —, угол раскрытия внешнего сегментного сферического электрода ЭСЗ, то Х составляет долю от и

Х= КО 0(К((l; где К вЂ” коэффициент заполнения рабочей области поля ЭСЗ траекториями.

Пусть Л вЂ” удаленность источника Ожеэлектронов (зондируемой поверхности образца) от внешнего сегментного сферического электрода. Из фиг. 2 следует, что

Rcos xa) tg<; Х, = arccos (ф tg ) Подставляя (4) и (5) в (3), можно получить

KQ= х,— a+2 arccos (ф tg ) — 1т (6) Поскольку з!пО= 1, на основании (6) можно получить уравнение (1) для нахождения К = . Отражаясь от ЭСЗ, пучок

t дважды пронизывает поверхность внешнего сегментного сферического электрода, который по необходи мости изготавливается из металлической сетки высокой прозрачности.

При подаче на ЭСЗ отклоняющего потенциала на ячейках сетки возникают провалы поля, которые возмущают траекторий заряженных частиц при входе в ЭСЗ и при выходе из него. Если К мало, то длина участка траектории в поле ЭСЗ сравнима с длинами тех ее отрезков. на которых проявляется действие краевого поля, и аберрационное размытие изробржения в системе ЭСЗ—

ЦЗА велико, а разрешающая способность

30 по энергии низкая. В этом случае прибор не пригоден для решения поставленной задачи. Выбор значений параметров, входящих в уравнение (1), диктуется следующими соображениями:. а — — 42,3 — наиболее благоприятные условия угловой фокусировки в ЦЗА: а= 15 — при меньших значениях а, мала светосила системы, при больших — уменьшается глубина зондирования впадин; — „= 0,5 — 1 — с учетом короткоh фокусности микрозондовых электронных пушек и удобства размещения исследуемого образца. На фиг. 1 для четырех случаев (р.= 1, 1,4, 1,8, 2) изображены осевые траектории пучков, отражаемых ЭСЗ и ЦЗА в условиях -ф- = 0,5, ai —— 42,3, а= 15 . Видно, как с увеличением возрастает коэффициент заполнения К и глубина захода траекторий в поле ЭСЗ. Если при p,= 1 коэффициент заполнения мал и действие краевых полей вблизи сетчатого электрода заметно проявляется, то при оптимальном заполнении (К) 0,5, р) 1,6) эти эффекты сводятся к минимуму благодаря значительному возрастанию длины траектории в поле ЭСЗ. Справа вверху на фиг. 2 представлены графики зависимости К= К(М) для трех значений

4 = 0,2; 0,5; 1. Как видно, в области К 0.5 величина р,= всегда больше единицы. В

Г. рассматриваемой системе невозможно добиться глубокого проникновения траекторий заряженных частиц в поле ЭСЗ, если цьl.

Приведем некоторые численные данные о параметрах ЭСЗ и ЦЗА датчика, работающего в одном из возможных режимов по схеме (фиг. 1) а= 15, ni= 42,3 ; p,= 1,7;

0= 36,03, Л= 0,5г, Х вЂ” — 67,22 ; Х =

=85,48, K= 0,507; L= 6,80ri., Ь= 2,19 rn параметр отражения частиц от ЭСЗ и кинетическая энергия анализируемых электронов; параметр отражения от ЦЗА диус электрода 7). Глубина зондирования возрастает в 3,6 раза по сравнению со стандартным режимом с использованием одиночного L13A (а= 42,3 ).

Спектромегр Оже-электронов, содержащий соосно расположенные цилиндрический зеркальный анализатор, электростатическое сферическое зеркало и микрофокусную эпектронную пушку, а также источник

Оже-электронов, установленный во внутренl302353

0,4

П,2 ф=—

2,2

Фиг.,т

Составитель А. Нестерович

Редактор Г. Волкова Техред И. Верес Ко рректор.С. Черни

Заказ 952i5 2 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий !! 3035, Москва, Ж вЂ” -35, Раугиская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 нем электроде цилиндрического зеркального где анализатора, приемную диафрагму и детектор, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей Ожемикроанализа поверхности твердых тел за счет увеличения глубины и чувствительности зондирования впадин по спектрам Оже-электронов, электростатическое сферическое зеркало выполнено из двух обращенных выпуклой стороной к цилиндрическому зеркальному анализатору сегментных сферических 10 электродов, причем радиус внешнего сегментного сферического электрода R определяется выражением р;

sing< (а„— а+ 2arccos(tgn) — л), Ь (ri — радиус внутреннего электрода цилиндрического зеркального анализатора, м; к — заданный коэффициент заполнения рабочей области поля электростатического сферического зеркала траекториями ((4йс. 1 );

Л вЂ” расстояние от источника Оже-электронов до поверхности внешнего сегментного сферического электрода, м; а — угол наклона оптической оси в пучке Оже-электронов на выходе пучка из источника, рад; а1 — угол наклона оптической оси на входе пучка в цилиндрический зеркальный анализатор.