Анализатор энергий электронов Советский патент 1991 года по МПК H01J37/26 H01J49/48 

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.

Проходящий сквозь корпус 1 и дисковые электроды 2 и 3 поток зондирующего излучения вызывает появление вторично- эмиссионного 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 объектодержателя. а геометриче ские размеры элементов анализатора удовлетворяют соотношениям

( CS

00 О

Ч

0,15 Ti/d T2/d2 2; H/d2 6; ,

где Ti и Та - толщина нижнего и верхнего электродов;

Си Н - расстояния от объектодержателя до нижнего и верхнего электродов;

di и d2 - диаметры нижнего и верхнего электродов.

При несоблюдении соотношения между размером внешнего диаметра нижнего (вы1- тягивающего) электрода 3 и зазором Смежду 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 РЭМ- 100У. Объяснением такого эффекта может быть следующая модель: поле приемника вторичных электронов проникает в пространство между нижним электродом и объ- ектодержателем 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 тест- объекта. 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 Л 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 . При этом с увеличением расстояния между приемником и окном наблюдается нелинейная зависимость абсолютного значения измеряемого отношения. Однако для всего диапазона традиционно используемых в электронно- зондовой технике линейных размеров, соблюдение условия D/fb-Ю 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 исследований, при увеличении отношения более 2 на- чинают существенным образом сказываться эффекты, связанные с оседанием регистрируемых электронов на внутренг них стенках протяженного канала,

образованного отверстием в толстой диафрагме. Так, например, при измерениях амплитуды сигнала, снимаемого с периферии поля 0,7x0,7 мм, установлено, что сигнал снижается на 5-8% npnT/d 1,8n2, посравнению с . А при , 4 и 3 потери возрастают соответственно до 18-20% и 35-40%, т.е. вблизиT/d 3 наблюдается резкое (практически скачкообразное) ухудшение свойств устройства.

При наблюдается возрастание

так называемого линзового эффекта, когда тонкая диафрагма начинает выступать в роли рассеивающей линзы. Ее толщина мала для сглаживания градиента поля, образованного 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 ц от геометрии диафрагм Т 3 мм:

0

T/d Р

0,05 5

0,1 9

0,3 52

0,5 58

1 60

Таким образом вблизи Т/й 0.1-0.15 наступает явно выраженное ухудшение пара- метра устройства.

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

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 указанной области резко уменьшается.

Зависимость размера области эффективного сбора электронов от Н/D при мм

И ММ

H/D

. ММ

5

0,85

6 0.8

7,5 0,65

8,5 0,6

9 0,57

Отношение расстояний от объектодер- жателя до электродов также играет немаловажную роль в определении улучшаемой характеристики спектрометра. При выходе за верхний предел резко сокращается протяженность г0 области эффективного сбора вторично-эмиссионного сигнала (например, для см):

0,7

1

0,72 0.7 0,39 0,12 0,12 4 3 7.5 9 10

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

потока, как за счет повышения прозрачности спектрометра, так и за счет увеличения площади эффективного сбора.

Формула изобретения

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

боковой стенке цилиндрического корпуса над дисковыми электродами выполнено отверстие, закрытое сеткой из проводящего материала, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности и равномерности сбора регистрируемого потока электронов по площади, дисковый электрод выполнен с внешним диаметром, по крайней мере на порядок превосходящим расстояние между нижней плоскостью этого

электрода и плоскостью обьектодержателя, кроме того, отношение толщины нижнего и верхнего дисковых электродов Т (м) к их диаметрам d (м) удовлетворяет условию 0.15 T/d 2. отношение расстояния от

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

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/D₁≥10

H/D₂≤6

0,15≤T₁/D₁ = T₂/D₂≤2

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

D₁ и D₂ - диаметры отверстий в нижнем и верхнем (тормозном) электродах

T₁ и T₂ - 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.