Анализатор энергий электронов

 

Изобретение относится к области электроннолучевой техники и может быть использовано в растровой электронной микроскопии. Целью изобретения является повышение эффективности и равномерности сбора регистрируемого потока электронов по площади. Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, верхнего 2 и нижнего 3 дисковых электродов, объектодержателя 4 и преобразователя 5. При выполнении неравенств D/D<SB POS="POST">1</SB>≥10

H/D<SB POS="POST">2</SB>≤6

0,15≤T<SB POS="POST">1</SB>/D<SB POS="POST">1</SB> = T<SB POS="POST">2</SB>/D<SB POS="POST">2</SB>≤2

H/L≤8, где D - внешний диаметр нижнего (вытягивающего) электрода

D<SB POS="POST">1</SB> и D<SB POS="POST">2</SB> - диаметры отверстий в нижнем и верхнем (тормозном) электродах

T<SB POS="POST">1</SB> и T<SB POS="POST">2</SB> - толщина этих электродов

L и H - расстояния от объектодержателя до этих электродов, достигается оптимум по эффективности и равномерности собирания электронов по площади. 1 ил., 1 табл.

СОК).(СОПГ1СКИХ

СО((ИАЛИС (И (Г(:КИХ

РГСПУБИИК (5() Н 01 .I 37/26. 49/48

ГОСУДАРСТВЕН(-(ЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕ(!ИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ (КНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4495550/21 (22) 19.10.88 (46) 07,07.91. Бюл. ¹ 25 (71) Московский институт электронного машиностроения и Львовский государственный университет им. И. Франко (72) B.È. Гордийчук, Н.В. Дорошенко, В.В.

Рыбалко и Ю.Н. Сыбиль (53) 621.384(088.8) (56) 1е!(е(f, Analytical SEM for Surface

Science,3. Physics Е 45, № 2, 313-314. 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1275586, кл. H 01 J 37/28, 1983, (54) АНАЛИЗАТОР ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОНОВ (57) Изобретение относится к области электронно-лу(евой техники и может быть использовано в растровой электронной

Изобретение относится к электроннолучевой технике и может быть использовано для анализа спектров вторичных электронов, например, в растровой электронной микроскопии.

Целью изобретения является увеличение эффективности и равномерности сбора регистрируемого потока элементов по площади.

На чертеже приведена схема предлагаемого анализатора.

Анализатор состоит из цилиндрического корпуса 1, верхнего 2 и нижнего 3 дисковых электродов, объектодержателя 4 и преобразователя 5.

Анализатор работает следующим образом.

„.. SU „„1661869 А1 микроскопии. Целью изобретения является повышение эффективности и равномерности сбора регистрируемого потока электронов по площади. устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, верхнего 2 и нижнего 3 дисковых электродов, обьектодержателя 4 и преобразователя 5. При выполнении неравенств О/d(10; Н/dz б;

0,15 < Т1/б(= Т2/d2 < 2; Н/i < 8, где D— внешний диаметр нижнего (вытягивающего) электрода; d(и d2 — диаметры отверстий в нижнем и верхнем (тормозном) электродах;

Т(и Тг -- толщина этих электродов; си Н— расстояния от объектодержателя до этих электродов, достигается оптимум по эффективности и равномерности собирания электронов по площади. 1 ил., 1 табл.

Проходящий сквозь корпус 1 и дисковые электроды 2 .и 3 поток зондирующего излучения вызывает появление вторичноэмиссионного сигнала из объекта, установленного на объектодержателе 4. Вторичные электроды вытягиваются полем электрода 3 и сортируются по энергиям полем электрода 2. Электроны, преодолевшие барьер, создаваемый электродом 2, регистрируются с помощью преобразователя 5.

Нижний электрод выполняют с внешним диаметром, по крайней мере на порядок превосходящим расстояние между нижней плоскостью этого электрода и плоскостью обьектодержателя, а геометрические размеры элементов анализатора удовлетворяют соотношениям

1661869

0,15 < TI/d=TZ/02 < 2;

Н/dz 6; Н/Р 8, где Т! и Т вЂ” толщина нижнего и верхнего электродов;

Ги Н вЂ” расстояния от объектодержателя до нижнего и верхнего электродов;

d> и dg — диаметры нижнего и верхнего электродов.

При несоблюдении соотношения между размером внешнего диаметра нижнего (вытягивающего) электрода 3 и зазором Гмежду объектодержателем 4 и этим электродом (при их отношении менее 10) начинает проявляться механизм, приводящий к снижению равномерности регистрируемого сигнала.

Данный эффект был зарегистрирован экспериментально на модифицированном растровом электронном микроскопе РЭМ100У. Объяснением такого эффекта может быть следующая модель: поле приемника вторичных электронов проникает в ripoстранство между нижним электродом и объектодержателем и воздействует на траектории движения вторичных электронов, Причем ощутимая разница воздействия на электроны, эмиттированные с различных участков, начинает возникать при отношении внешнего диаметра электрода к зазору менее 10. Результаты измерений приведены в таблице (обозначения соответствуют буквенным обозначениям на чертеже). В табл. 1 приведены отношения сигналов, зарегистрированных при облучении двух участков эквипотенциального тестобъекта. Один участок совпадал с осью симметрии анализатора,,а другой находился на расстоянии от него, равном радиусу нижнего электрода (2 мм). Измерения осуществлялись для ряда значений расстояния

Ь г между выходным окном анализатора и преобразователем 5 приемником вторичных электронов. В качестве последнего использован штатный сцинтилляционный преобразователь вторично-эмиссионного сигнала, сцинтиллятор которого находился под потенциалом 8 кВ.

Как следует из таблицы, искажения в результатах изменений превосходят 10$ (величина традиционная для растровых систем), начиная с D/ >10. При этом с увеличением расстояния между приемником и окном наблюдается нелинейная зависимость абсолютного значения измеряемого отношения. Однако для всего диапазона традиционно используемых в электроннозондовой технике линейных размеров. со10 ний, при увеличении отношения более 2 на-.

20

40

55

30 !

35 блюдение условия D/ 10 позволит избежать превышение ошибок измерений, вызванных данным механизмом, более традиционного 10 порога. . Существенность признака, связанного с отношением толщины к диаметру диафрагм и электродов, обусловлена следующими обстоятельствами. Как показали результаты экспериментальных исследовачинают существенным образом сказываться эффекты, связанные с оседанием регистрируемых электронов на внутрен. них стенках протяженного канала, образованного отверстием в толстой диафрагме. Так, например, при измерениях амплитуды сигнала, снимаемого с периферии поля 0,7х0.7 мм, установлено, что сигнал снижается на 5-8 при Т/d=1,8 и 2, по сравнению с Т/d=1. А при Т/d=2, 4 и 3 потери возрастают соответственно до 18 — 20ф, и

35 — 40 (,, т.е. вблизи Т/d=3 наблюдается резкое (практически скачкообразное) ухудшение свойств устройства.

При Т/d<15 наблюдается возрастание так называемого "линзового эффекта", когда тонкая диафрагма начинает выступать в роли рассеивающей линзы. Ее толщина мала для сглаживания градиента поля, обраэованного разностью потенциалов прилегающих областей, и электроны, проходящие сквозь нее, приобретают ощутимые угловые составляющие скорости. В результате этого нижняя диафрагма направляет часть электронов в сторону от отверстия верхней диафрагмы, а верхняя — .из оставшейся части электронов — значительную долю отклоняет в сторону от выходного окна преобразователя. В результате резко падает его коэффициент прозрачности, т.е падает эффективность сбора регистрируемого вторично-эмиссионного потока. Количественным подтверждением этому являются результаты измерений, приведенные ниже.

Изменение коэффициента пропускания спектрометра,и от геометрии диафрагм Т= 3 мм:

Т!б 0,05 0,1 0,3 0,5 1 р 5 9 52 58 60

Таким образом вблизи T/d=0.1-0.15 наступает явно выраженное ухудшение параметра устройства.

Как показали результаты моделирования условий прохождения вторичных электронов сквозь спектрометр, существенным с точки зрения цели изобретения является отношение рассеяния от объектодержателя до

1661869 верхнего электрода к его диаметру. В том случае. если это отношение не превосходит

6, область сбора вторичных электронов, с максимальной эффективностью соответствующая сбору с точки на объекте, лежащей на оси симметрии анализатора, отличается от размера диафрагмы нижнего электрода не более чем в 2 — 3 раза. При увеличении этого отношения размер укаэанной области резко уменьшается.

Зависимость размера области эффективного сбора электронов от H/О при f=5 мм и 42=2 мм

6 7,5 8;5 9

08 065 06 057

Н/D 5

ro, мм 085

0,7 0,72 0,7 0;39 0,12 0;12

Н/С 1 4 3 75 9 .10

Предлагаемый анализатор позволяет благодаря оптимизации геометрических параметров его элементов увеличить эффективность сбора вторично-эмиссионного

Отношение расстояний от объектодержателя до электродов также играет немаловажную роль в определении улучшаемой характеристики спектрометра. При выходе за верхний предел резко сокращается протяженность г области эффективного сбора вторично-эмиссионного сигнала (например, для dz=2 см): потока, как за счет повышения прозрачности спектрометра, так и за счет увеличения площади эффективного сбора.

5 Формула изобретения

Анализатор энергии электронов, состоящий из объектодержателя и расположенных под ним последовательно вдоль электронно-оптической оси цилиндрическо10 го корпуса, ось симметрии которого нормальна к плоскости объектодержателя, двух дисковых электродов, установленных соосно внутри цилиндрического корпуса и имеющих центральные отверстия, причем в

15 боковой стенке цилиндрического корпуса над дисковыми электродами выполнено отверстие, закрытое сеткой из проводящего материала, отл и ч а ю щийс я тем, что, с целью увеличения эффективности и равно20 мерности сбора регистрируемого потока электронов по площади, дисковый электрод выполнен с внешним диаметром, по крайней мере на порядок превосходящим расстояние между нижней плоскостью этого

25 электрода и плоскостью объектодержателя, кроме того, отношение толщины нижнего и верхнего дисковых электродов Т (м) к их диаметрам 4 (м) удовлетворяет условию

0.15 Т/d 2, отношение расстояния от

30 объектодержателя до верхнего электрода к его диаметру не более 6, а отношение расстояний от объектодержателя до верхнего электрода Н(м) и до нижнего электрода Р(м) удовлетворяет условию Н/ъ < 8.

1661869

Составитель К.Меньшиков

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А.Осауленко

Редактор Т.Зубкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 2130 Тираж 324 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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