Растровый электронный микроскоп

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п11 535626

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 12.12.74 (21) 2083620/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.11.76. Бюллетень № 42

Дата опубликования описания 20.05.77 (51) М. Кл Н OIJ 37/26

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений

» открыти» (53) УДК 621.385.833 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г. Д. Кисель, В. А. Кобыляков и В. А. Махонин (71) Заявитель (54) РАСТРОВЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП

Изобретение относится к области электронно-микроскопического приборостроения и может быть использовано при создании растровых электронных микроскопов.

Известны растровые электронные микроскопы (I), содержащие электронно-оптическую систему, формирующую электронный зонд и видеоконтрольное устройство для регистрации вторичного излучения. Однако такие приборы не позволяют получить достаточно высокое разрешение во вторичных электроо нах, например менее 50 А, Наиболее близок по технической сущности к изобретению растровый микроскоп (II), содержащий электронно-оптическую и отклоняющую системы, детектор электронов и видеоконтрольное устройство. Однако такой прибор имеет низкое разрешение и малую чувствительность.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности и чувствительности растрового микроскопа.

Согласно изобретению микроскоп снабжен увеличивающей электронно-оптической системой, состоящей из иммерсионной линзы, расположенной последовательно с динамическим и статическим отклоняющими устройствами, из проекционной системы и неподвижной диафрагмы, установленной перед детектором электронов, причем увеличивающая система расположена под углом к электронно-оптической системе, формирующей электронный зонд.

На чертеже приведена принципиальная схема растрового электронного микроскопа, где обозначены: 1 — электронная пушка; 2— электронно-оптическая система, формирующая электронны"; 3 — электронный зонд; 4 — секция отклоняющей системы; 5—

10 динамическая отклоняющая система; 6— статическая отклоняющая система; 7 — генераторы разверток; 8 — иммерсионный объектив (линза); 9 — столик объектов (образец);

10 — высоковольтный источник; 11 — пучок

15 вторичных электронов; 12 — увеличивающая электронно-оптическая система; 13 — часть увеличенного электронного изображения; 14— неподвижная диафрагма; 15 — плоскость регистрации изображения; 16 — датчик электро20 нов; 17 — аналоговое устройство; 18 — видеоконтрольное устройство; 19 — источник высокого напряжения.

Электронная пушка 1, электронно-оптическая система 2, секция 4 растровой отклоняю25 щей системы, отклоняющая система 5, отклоняющая система 6, линза 8, столик объектов 9 расположены последовательно по пути следования первичного формирующего электронного зонда 3. Столик объектов 9, универсальная

30 линза 8, отклоняющая система 6, отклоняю535626

60 щая система 5, вторая электронно-оптическая система 12, неподвижная диафрагма 14 и датчик 16 электронов расположены также последовательно по пути следования вторично-эмиссионного луча

11. Выход датчика 16 электронов электрически соединен со входом аналогового устройства 17, выход которого электрически соединен со входом индикаторного блока 18 видеоконтрольного устройства (с модулятором приемной трубки), соединенного электрически с генератором 7 развертки, который электрически соединен с отклоняющей системой 6 и секцией 4 растровой отклоняющей системы. Источник 19 питания электрически соединен плюсом с корпусом микроскопа и минусом с катодом электронной пушки. Источник питания 10 электрически соединен плюсом с корпусом микроскопа и минусом с объектом 9. Напряжение источника 10 питания иммерсионного объектива меньше по напряжению источника

19 питания электронной пушки.

Микроскоп работает следующим образом.

Сфокусированный предварительно электронный зонд 3 после прохождения первой электронно-оптической системы 2 попадает в поле отклоняющей системы 5, которая направляет его по оси иммерсионной линзы 8.

Перед входом в поле линзы 8 на этот зонд действует отклоняющая система 6. Она разворачивает зонд по поверхности объекта по строкам и кадру. Иммерсионная линза 8 для первичного электронного зонда является формирующей линзой с малыми передним отрезком и сферической аберрацией. Это позволяет сформировать в плоскости объекта тонкий о электронный зонд порядка 100А, как в обычном растровом электронном микроскопе.

Поверхность объекта удовлетворяет требованиям высоковольтного электрода, так как на него подается высокое напряжение порядка нескольких киловольт, Напряжение источников 19 и 10 вычитается, так как на объект подается отрицательный потенциал, при этом первичный электронный зонд несколько замедляется и бомбардирует поверхность образца. Выбитые вторичные электроны объекта (образца) несут информацию о его поверхности и структуре, как в эмиссионном микроскопе. Для этих вторичных электродов иммерсионная линза 8 действует как фокусирующая иммерсионная линза эмиссионного микроскопа, формирующая вторичноэмиссионное -изображение каждой точки регистрируемой поверхности объекта. Ускорение вторичных электронов в этой иммерсионной линзе происходит за счет потенциала источника 10. Сформированное эмиссионное изображение иммерсионной линзой 8 второй раз разворачивается отклоняющей системой 6 по то5

Зо

35 му же закону, что и в первый раз, но отклонение происходит в противоположном направлении.

Вторично-эмиссионный ускоряющий электронный луч 11, несущий изображение, проходя систему 5, отклоняется в сторону второй электронно-оптической системы 12.

Эта система играет роль увеличивающей проекционной системы, формирующей конечное электронное изображение, которое благодаря действию отклоняющей системы 6 и наличию неподвижной диафрагмы 14 разлагается на элементы электронного изображения.

Величина элементов изображения определяется диаметром неподвижной диафрагмы 14 и общим увеличением линзы 8 и второй электронно-оптической системы 12.

Электроны увеличенного элемента электронного изображения 13 через диафрагму 14 попадает на датчик 16 электронов, который работает в режиме счета электронов и преобразовывает последние в электрические импульсы.

Полученные таким путем электрические импульсы подаются на вход аналогового устройства.

Аналоговый сигнал поступает на вход индикаторного блока видеоконтрольного устройства 18, который формирует конечное изображение той точки исследуемого объекта, в которой произошло взаимодействие электронного зонда 3 с исследуемым объектом 9. Индикаторный блок 18 видеоконтрольного устройства с помощью генератора разверток 7 и отклоняющих систем 4, 6 формирует видеоизображение исследуемого объекта 9.

Формула изобретения

Растровый электронный микроскоп, содержащий электронно-оптическую и отклоняющую системы, детектор электронов и видеоконтрольное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и чувствительности, он снабжен увеличивающей электронно-оптической системой, состоящей из иммерсионной линзы, расположенной последовательно с динамическим и статическим отклоняющими устройствами, проекционной системы и неподвижной диафрагмы, установленной перед детектором электронов, причем увеличивающая система расположена под углом к электронно-оптической системе, формирующей электронный зонд.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Хокс П. «Электронная оптика и электронная микроскопия», Мир, 1974, с. 217—

256.

2. Японский патент № 48-31685, кл. 99с 31, заявлен 7.02.70, опубл. 01.10.73.

535626

Составитель Б. Калин

Редактор И. Шубина Техред Л. Котова Корректоры: Л. Орлова и 3. Тарасова

Заказ 996/2 Изд. № 389 Тираж 992 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2