Просвечивающий электронный микроскоп Советский патент 1983 года по МПК H01J37/26 

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

Известны просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ ),предназначенны для анализа уже готовых объектов, которые устанавливаются в микроскоп через иолюз 1 }.

Однако они не предназначены для анализа в процессе изготовления.

Известно устройство для исследования кинетики явлений при ионном воздействии, исключающих воздействи воздуха на объект, представлякадее 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 шлюзову 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.

:i

Недостатком данног-о устройства является невозможность непосредстг венного (.наблюдения кинетики процессов ионного воздействия, посколь ку бомбардировка и исследование объекта разнесены во времени. Кроме того, объект должен представлять собой уже сформированную структуру, 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 оёнаружены 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 наяэтойповерхности, особенно на начальных стадиях нанесения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей ПЭМ за счет аисшиза.пленок непосредственно при их нанесении или травлениив

Указанная 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 кольцеобразными ускорительными кан.алами и кольцевым экраном между источниками, при этом ионные источники установлены последовательно по ходу элетронного 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 пучка 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 пат рончик 3 с объектом 4. Перемещение столика 2, обеспечивает небольшие сдвиги объекта относительно оптической оси микроскопа ZZ вдоль которой распространяется зондирукадий электронный пучок 5. На дополнительном столике6, расположенном надi основным подвижным столиком 2, последовательно вдоль оси установлены осесимметричные и жестко связанные два ионных источника 7 и 8 и экрай 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 из 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-г ноге пучка, стенки которых 18 и 19 также изготовлены рз магнитомягкого материала и служат магнитным экраном уменьшающим воздействие магнитных псзлей соленоидов 12 и 13 на электронный зондирующий пучок 5. Небольшие магнитные поля рассеяния, существующие внутри отверстий, имеют осеCHNttieTpH4Hyro форму и благодаря со -осному с электронным пучком расположению ионных источников практически не влияют на качество изобра жения в микроскопе. Установленный междуионными источниками, соосно с ним экран 9 может быть вьзполнен из материала, наносимого на объект 4. Диаметр отвер стия экрана выполнен большим, чем наружный диаметр ускорительного канала 14 первого по ходу пучка ионного источника 7, что необходимо для беспрепятственного прохождения ионного пучка 10 к объекту 4 для его бомбардировки, и меньшим, чем диаметр сквозного отверстия второго источника 8, для беспрепятственного осаждения материала на объект.. С этой же целью диаметр сквозного отверстия второго ионного источника 8 не должен быть менее диаметра входного ртверютия патрончика 3. Ускорительный канал 14 первого ионного источника ориентирован на объект, что необходимо для бомбардировки последнего ny ком ионов, а ускорительный канал 1 второго источника направлен на зон экрана 9, непосредственно прилегаю щего к его внутреннему диг метру, В этом случае поток распыляемого материала (экрана или специально нанесенного) попадает на объект, в колонне микроскопа выполнены подви ный ввод 20 и трубка 21 подачи газ Устройство работает следуюгдим образом. После получения в колонне 1 мик скопа необходимого вакуума ионные точники с помощью ввода 20 сдвигаются к периферии камеры. Проводи ся настройка М1икроскопа в соответс вии с техническим описанием. Через имекяцийся в колонне микроскопа аиво на подвижный столик 2 подается пат рончик 3с объектом 4, которым слу . жит тонкая (прозрачная для электро ного пучка ) угольная пленка или то кая пленка другого необходимого ма териала, на КОТОЕ«Й должна быть на несена исследуемая пленка металла, сплава, соединения и т.д; Ионные источники с помощью ввода 20 устанавливаются на столике б и с помощью перемещения последнего юстир ются до получения -изображения на экране микроскопа. В ионный источник через трубку 21 подается рабочий газ (Аг, N.J. Oj и т.д.) до дав ления ( . Если в ионных источниках для формирования магнитных полей, служат соленоиды, то включается их питание и устанавливается необходимая величина тока. На анод 16 первого ионного источника 7 подается положительный потенциал величийой 0,5-2,0 КБ. .В его ускорительном канале 14 возникает разряд в скрещенных ЕН полях и формируется ионный пучок 10, который направлен на объект. Осесимметри ная 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 источника 8. Ионы сформированного пучка 11 бомбардируют экран 9, производя его распыление. Распы-. ленный 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 свеженанесенных пленок анод 16 включается после того, как закончилось распыение мишени, т.е. выключен анод 17. Таким образом, рассмотренный 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, сформиро™ ванных на поверхности объекта, конд:5енсации материала на поверхности объекта в условиях ионной бомбардировки последнего; анализе состава и структуры многокомпонентного объекта в процессе распыления его ионами. В зависимости от задачи использоватьсй либо только один из ионных пучков, либо оба одновременно, -Непосредственно в течение указанных Процессов происходит наблюдение из.«энения структуры исследуемого объекта на экране электронного . микроскопа (по изображению или диф-ракционной картине )и фиксации результатов путем фотографирования, а также регистрации состава по характеристическому рентгеновскому излучению

jl1035679 Факим Образом, эф к«ивнс)Стьтуры и состава тонких пленок

устройсгйа заключается в рас-непосредственно в процессе ионоМрении функциональных воз-йо-лучевого нанесения, ионной

Мозкмос еЙ кшкроскопа путем ана-очистки, ионной бомбардировки и

ййза кинбтикй изменения струк-ионном покрытии.

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