Прибор для микроанализа образца твердого тела Советский патент 1988 года по МПК G01N23/225 

Изобретение относится к электронной и ионной микроскопии и может быть использовано для исследования и анализа образцов твердого тела радиационными методами.

Целью изобретения является расши- pem-je функциональшгх возможностей прибора для микроанализа за счет одновременного наблюдения ионных и электронных изобразкений при уменьшении габаритов прибора.

На фиг,1 показана блок-схема предлагаемого прибора на фиг.2 - злек- тронно-оптическая схема прибора; на фиг.З - схема оконечной системы фокусировки.

Вдоль первой оптической оси прибора последовательно по ходу электронного расположены Сфиг,3) электронная пушка 1, система 2 формирования электронного зонда, система 3 разделения ионного зонда и пучка вторичных ионов, вторая электростатическая система А формирования ионного зонда, система 5 сканирования электронного зонда, оконечная система 6 фокусировки и подвижный объектодержа- тель 7 с образцом 8„ Вдоль второй оптической осКэ параллельной первой, в направлении, обратнс)М направлению хода электронного зонда, к по ходу ионного зонда последовательно раслоложе- нь источник 9 первичных ионов, первая электростатическая система 10 |юрмирования ионного зовда и электростатическая система iI разворота ионного зонда. Вдоль третьей оптической оси, параллельной первым двум, по ходу пучка вторичных ионов последовательно расположены электростатическая система 12 разворота пучка вторичных: конов 5 система 13 фокусировки вторичных ионов и анализатор ионов, включающий масс-спектрометр 14„ Между системой 1I разворота ионного зонда и системой 3 разделешля ионного зонда и вторичных ионов размещена система 15 сканирования ионного зонда а между системой 12 разворота пучка вторичных ионов и системой 3 разделения размешена система 16 синхронной динамической коррекции: пуя.ка вторичных ионов. Системы: 15 и 16 смещены от первой оптической оси к второй и третьей оптическим осям. Перед входом S систему 3 разделения ионного зонда и пучка втор ичных ионов установлен со смещением от первой опти0

0

5

0

ческой оси детектор 17 вторичных электронов. Все системы размещены в вакуумной камере 18, полость которой соединена с вакуумными насосами 19.

Система 10 формирования ионного зонда содержит (фиг,2) три последовательно расположенные первые формирующие линзы 20, 21 и 22, а также пластины 23 юстировки и коррекции астигматизма. Система 1 разворота ионного зонда и система 12 разворота пучка вторичных ионов содержит по два отклоняющих сектора 24, между которыми в системе 11 размещена первая согласующая электростатическая линза 25, а в системе 12 - щелевая диафрагма 26 и вторая согласующая электростатическая линза 27. Система 5 сканирования ионного зонда выполнена в виде двух пар отклоняющих пластин так же, как и система 16 синхронной динамической коррекции пучка вторичных ионов, но пластины последней включены в противофазе к системе 15 сканирования ионного зонда.

Вторая электростатическая система 4 формирования ионного зонда содержит вторые фор.шрующие линзы 28, 29 и.30, Система 5 сканирова1-шя электронного зонда вьшолнена в виде маг HHTiibix катушек 3) и 32.

Оконечная система 6 фокускровки (фиг.З) содержит последовательно установленные по коду электронного и ионного зондов фокусирующую электростатическую линзу 33, диафрагму 38, магнитную линзу 35 фокусировки вторичных электронов, заземленный кольцевой электрод 36, управляющий электрод 37, вытягивающий электрод 38 и электрически соединенный с объекто- держателем 7 экранирующий электрод 39, Электроды образз,тот ближнюю оптическую систему 40, Система 13 фокусировки вторичных ионов () включает набор электростатических лрнз, центрир-угощне пластины 41 и вто- piTro щелевую диафрагму 42,

Прибор работает следующим образом

Первичные ионы имеют лоложитель- нкй знаКр преимущественно это ноны цезия или калия. Вторичные ионы в принципе являются отрнцатеггьнымк. Первичные ионы вызывают также и вторичную электронную эмисс1-по. При воздействии на образец первичных электронов электронного зонда образуется поток вторичных электронов. Первич - 140

ные ионы и электроны направляются на образетд общей оптической частью, объединяющей системы 3-6 (фиг.1). Через эту же оптическую часть проходят пучок вторичных ионов, направляе Пз1й в масс-спектрометр 14, и поток вторичных электронов, регистрируемый детектором 1 7.

Ионный зонд формируется первыми электростатическими линзами 20-22 и корректируется с помощью пластин 23 юстировки и коррекции астигматизма. Далее пучок первичных ионов поступает в один из отклоняющих секторов 24 После отклонения на 90 первая согласующая электростатическая линза 25 направляет пучок ионов в другой от- .клоняющий сектор, в котором пучок отклоняется на 84 . Пластины системы 3 разделения ионного зонда и пучка вторичных ионов дополнительно отклоняют пучок первичных ионов на 6 и выводят его на первую оптическую ось. Сканирование ионного зонда осуществляется системой 5 путем электростатического отклонения. Далее по первой оптической оси пучок первичных ионов формируется в основном второй формирующей линзой 29,. входящей в состав второй системы 4 формирования ионного зонда. Ближняя оптическая система 40 определяет конечное уменьшенное изображение источника первичных ионов на поверхности образца. Вторая формирующая линза 29 формирует проссовер ионного зонда в центре диафрагмы 34, относительно которого осуществляется поворот ионного зонда при сканировании без воздействия на электронный зонд и вторичные пучки. Окончательная регулировка фокусировки производится с помощью электрода 38. При этом экранирующий электрод 39 обеспечивает уменьшение влияния поля электрода 38 на потенциал образца. Ближняя оптическая система 40 доводит энергию ионов ионного зонда до 15 кэВ.

Образовавшиеся вторичные ионы имеют энергию не более 5 кэВ, полученную при действии разности потенциалов между образцом и заземленным кольцевым электродом 36. При этом формирующим пучок вторичных ионов является вытягиваюсЕщй электрод 38. Фокусировке вторичных ионов способствуют также экранирующий электрод 39 и отрицательный управляющий электрод

5

409

37. Действие фокусирующих электродов таково, что вторичное ионное изображение формируется в плоскости диафрагмы 34 (фиг.З). В системе 4 формирования ионного зонда пучок вторичных ионов подвергается воздействию линз 29 и 30, которые формируют промежуточные изображения. Б системе 3

10 осуществляется разделение первичных положительных ионов с энергией около 10 кэВ и отрицательных вторичных ионов с энергией около 5 кэБ. Последние отклоняются на угол 12 . После

15 разделения пучок вторичных ионов

подвергают противофазному сканированию в системе 16 синхронной динамической коррекции для согласования его приема масс-спектрометром. Уста20 новленный на пути пучка вторичных ионов один отклоняющий сектор 24 от-70 °

клоняет его на /о , а другой - на 90 . При этом вторая согласующая линза 27 расположена так, что она соз25 мещает ахроматический фокус, получаемый в результате совместного действия системы 3 и отклоняющих секторов, производя угловое увеличение, устраняющее хроматические эффектъ на выхо30 де второго отклоняющего сектора. Щелевая диафрагма 26 обеспечивает фильтрацию по энергии вторичных ионов для задания энергетической полосы масс-спектрометра. Линзы системы 13 фокусировки вторичных ионов сужают пучок на уровне второй щелевой диафрагмы 42, а пластины 41 центрируют пучок относитапьно входа Б масс- спектрометр 14.

40 Электронный зонд, сформированный электронной пушкой 1 и системой 2 формирования, направляется по первой оптической оси в систему 3 разделения. На электрическое поле пластин

45 разделения ионов накладывается магнитное поле, компенсир тощее отклоняющее действие этих пластин на первичные электроны. Вторичные же электроны в этом поле будут отклоняться, так как имеют отличную от первичных электронов энергию. По отклоненной траектории вторичные электронь; попадают в детектор 17.

В числе вторых формирующих линз системы 4 линза 28 является магнит35

50

55

ной и переносит пучок первичных электронов к последней магнитной линзе 35 оконечной системы 6 фокусировки. При этом диафрагма 34 ограничивает

3 1 /

расходимость этого пучка. Магнитные катушки 3 и 32 системы 5 сканирование электронного зонда обеспечивают центрирование, от ;лонение и коррекцию астигматизма зонда. Магнитное поле этих катушек практически не влияет на траектории первичных и вторичных ионов.

На образовавшиеся вторичные электроны магнитная линза 35 оказывает более сильное фокусирующее действие, чем на первичные электроны. При этом ионные и электронные изображения не наложены друг на друга и не расположены точно в одном месте. Это достигается также соответствующей поляризацией управляющего электрода 37. Далее вторичные электроны по первой оптической оси достигают системы 3 разделения и отклоняются на детектор 17.

Таким образом, электронно-оптическая система прибора в целом построена таким образом, что выбор значений энергии различных частиц в сочетании с разными знаками зарядов первичных и вторичных ионов позволяет осуществлять регулировку каждого пучка независимо от регулировки других пучков. В частности, магнитные линзы прибора обеспечивают фокусировку первичных электронов, но очень слабо действуют на пучки ионов, электростатические линзы, поляризованные положительно, действуют на положительные первичные ионы, но их действие на отрицательные вторичные ионы или вторичные электроны намного спабее.

Возможно также применение отрицательных первичных ионов, однако в этом случае нельзя одновременно получить ионное изображение и изображение во вторичных электронах, так как последние удерживаются на поверхности образца из-за ее положительной поляризации.

При исследовании образцов небольшой толщины по принципу просвечивания во всех случаях возможно одновременное получение изображений во вторичных отрицательные: и положительных ионах.

Формула изобретения

1. Прибор для микроанализа образца твердого тела, содержащий в вакуумной камере источник первичных ио7-()9о

нов, первую электростатическую систему формирования HOFHioro зонда, систему сканирования ионного зонда, вто ричную электростатическую систему формирования ионного зонда, подвижный объектодержатель, плоскость которого перпендикулярна первой оптической оси, а также систему фокусировки

10 вторичных ионов и анализатор ионов, включающий масс-спектрометр, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет одновременного наблюде15 ния ионных и электронных изображений при уменьшении габаритов прибора, он дополнительно снабжен двумя электростатическими системами разворота соответственно ионного зонда и пучка

20 вторичных ионов 5 системой разделения ионного зонда и пучка вторичных ионов и системой синхронной динамической коррекции пучка вторичных ионов, а также электронной пушкой, маг25 нитной системой формирования электронного зонда, системой сканирования электронного зонда, оконечной системой фокусировки и детектором вторичных электронов, причем электронная

30 пушка,, система формирования электронного зонда, система разделения ионного зонда и пучка вторичных ионов с центром поворота первичных и вторичных ионов на уровне изображения прос2 совера, вторая электростатическая система формирования ионного зонда, система сканирования электронного зонда, оконечная система фокусировки и подвижный объектодержатель пос40 ледовательно расположены по ходу электронного зонда вдоль первой оптической оси, параллельно которой вдоль второй оптической оси в направлении, обратном направлению хода

45 электронного зонда, и по ходу ионного зонда последовательно расположены источник первичных ионов, первая электростатическая система формирования ионного зонда и электростатичес- gQ кая система разворота ионного зонда и вдоль третьей оптической оси, параллельной первой и второй оптическим осям, по ходу пучка вторичных ионов последовательно расположены

gg электростатическая система разворота пучка вторичных ионов, система фокусировки вторичных ионов и анализатор ионов, при этом система сканирования ионного зонда и система синхронной

динамической коррекции пучка вторичных ионов размещены между соответствующими системами разворота и системой разделения ионного зонда и пучка вторичных ионов и смещены от первой оптической оси соответственно к второй и третьей оптическим осям, а детектор вторичных электронов установ4. Прибор по пп.1-3, о т л и - чающийся тем, что каждая из электростатических систем разворота ионного зонда и пучка вторичных ионов вьшолнена в виде двух последовательно расположенных отклоняющих секторов, при этом в промежутке между отклоняющими секторат м системы

Изобретение относится к электронной и ионной микроскопии. Прибор для микроанализа образца твердого тела содержит в вакуумной камере 18 источник 9 первичных ионов, электростатические системы 10, 4 формирования ионного зонда, систему 15 сканирования ионного зонда, подвижьатй объекто- держатель 7, плоскость которого перпендикулярна первой оптической оси, систему 13 фокусировки вторичных ионов, анализатор ионов, включающий масс-спектрометр 14, электростатические системы 11 и 12 разворота ионного зонда и пучка вторичных ионов соответственно, систему 3 разделения ионного зонда и пучка вторичных ионов, систему 16 синхронной динамической коррекции пучка вторичных ионов, электронную пушку 1, оконечную систему 6 фокусировки, детектор 17 вторичных электронов, систему 5 сканирования электронного зонда, магнитную систему 2 формирования электронного зонда. В описании изобретения указано взаимное расположение элементов прибора и их конструктивное исполнение. Прибор позволяет производить микроанализ путем одновременного наблюдения ионных и электронных изображений., 5 э.п. ф-лы, 3 ил. § к|;;ь о о о ы фиг.

лен перед входом в упомянутую систему -JQ разворота ионного зонда размещена

разделения и смещен от первой оптической оси.

с объектодержателем экранирзлощий электрод.

первая согласующая электростатическая линза, а в промежутке между отклоняющими секторами системы разворота пучка вторичных ионов размещены последовательно расположенные по ходу этого пучка щелевая диафрагма и вторая согласующая электростатическая линза.

разделения ионного зонда и пучка вторичных ионов выполнена в виде электростатической отклоняющей системы.

( (j