CZ2013293A3 - Detection method of signal electrons in electron microscope and apparatus for making the same - Google Patents

Detection method of signal electrons in electron microscope and apparatus for making the same Download PDF

Info

Publication number
CZ2013293A3
CZ2013293A3 CZ2013-293A CZ2013293A CZ2013293A3 CZ 2013293 A3 CZ2013293 A3 CZ 2013293A3 CZ 2013293 A CZ2013293 A CZ 2013293A CZ 2013293 A3 CZ2013293 A3 CZ 2013293A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
electron beam
magnetic
electrons
signal
optical
Prior art date
Application number
CZ2013-293A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ304659B6 (en
Inventor
Vladimír Kolařík
Original Assignee
Delong Instruments A.S.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Delong Instruments A.S. filed Critical Delong Instruments A.S.
Priority to CZ2013-293A priority Critical patent/CZ2013293A3/en
Publication of CZ304659B6 publication Critical patent/CZ304659B6/en
Publication of CZ2013293A3 publication Critical patent/CZ2013293A3/en

Links

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

Řešení se týká způsobu detekce signálních elektronů v elektronovém mikroskopu. Na emitovaný primární elektronový svazek (1) a zpětně emitovaný signální elektronový svazek (6) se působí nad místem dopadu primárního elektronového svazku (1) na pozorovaný objekt (7) nejdříve, ve směru dráhy emitovaných primárních elektronů, prvním homogenním magnetickým sektorovým polem, jehož vektor magnetické indukce je kolmý na optickou osu (3) soustavy pro odchýlení emitovaného primárního elektronového svazku (1) jedním směrem. Pak se na něj působí druhým homogenním magnetickým sektorovým polem, jehož vektor magnetické indukce je kolmý na optickou osu (3) soustavy a protiběžný vůči vektoru magnetické indukce prvního homogenního magnetického sektorového pole pro přichýlení svazku emitovaných primárních elektronů a svazku signálních elektronů opačným směrem k optické ose (3) soustavy. Nakonec se na něj působí třetím homogenním magnetickým sektorovým polem, jehož vektor magnetické indukce je kolmý na optickou osu (3) soustavy a souběžný s vektorem magnetické indukce prvního homogenního magnetického sektorového pole pro vrácení emitovaného primárního elektronového svazku (1) do optické osy (3) soustavy a vychýlení signálního elektronového svazku (6) od osy (3) optické soustavy po jejich emisi z místa dopadu primárního elektronového svazku (1) na pozorovaný objekt (7). Pak se snímá signální elektronový svazek (6) v oblasti třetího nebo druhého homogenního magnetického sektorového pole, v nichž je signální elektronový svazek (6) odchýlen od dráhy emitovaných primárních elektronů primárního elektronového svazku (1). Řešení se týká i zařízení pro prováděnThe present invention relates to a method for detecting signal electrons in an electron microscope. The emitted primary electron beam (1) and the emitted signal electron beam (6) are acted above the primary electron beam impact point (1) on the observed object (7) first, in the direction of emitted primary electrons, by the first homogeneous magnetic sector field whose the magnetic induction vector is perpendicular to the optical axis (3) of the system for deflecting the emitted primary electron beam (1) in one direction. Then it is treated by a second homogeneous magnetic sector field, whose magnetic induction vector is perpendicular to the optical axis (3) of the array and opposed to the magnetic induction vector of the first homogeneous magnetic sector array to bring the beam of emitted primary electrons and the beam of signal electrons opposite the optical axis (3) systems. Finally, it is treated by a third homogeneous magnetic sector field whose magnetic induction vector is perpendicular to the optical axis (3) of the array and parallel to the magnetic induction vector of the first homogeneous magnetic sector array to return the emitted primary electron beam (1) to the optical axis (3) and deflecting the signal electron beam (6) from the optical system axis (3) after emission from the primary electron beam (1) to the object (7). The signal electron beam (6) is then sensed in the region of the third or second homogeneous magnetic sector field, in which the signal electron beam (6) is deflected from the path of emitted primary electrons of the primary electron beam (1). The solution also applies to equipment for execution

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká způsobu detekce signálních elektronů v elektronovém mikroskopu a zařízení pro provádění tohoto způsobu.The invention relates to a method for detecting signal electrons in an electron microscope and to an apparatus for carrying out the method.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Rastrovací elektronová mikroskopie pracuje s velkým rozsahem energií primárních elektronů, které dopadají na zkoumaný preparát. Tento rozsah je řádově několik desítek keV v případě vysokovoltové elektronové mikroskopie, několik jednotek eV v případě nízko voltové elektronové mikroskopie, respektive elektrony dopadají s nulovou energií v případě zrcadlové elektronové mikroskopie.Scanning electron microscopy works with a wide range of primary electron energies that hit the specimen. This range is of the order of several tens of keV in the case of high-voltage electron microscopy, several eV units in the case of low-voltage electron microscopy, or electrons with zero energy in the case of mirror electron microscopy.

Zrcadlová elektronová mikroskopie je dosud realizována na principu emisní elektronové mikroskopie s oddělenou osvětlovací a zobrazovací soustavou, kde je preparát umístěn na potenciálu elektronového zdroje, což jest katoda. Jde o velice náročnou metodu zpracování integrálního obrazu.Mirror electron microscopy is still realized on the principle of emission electron microscopy with a separate illumination and imaging system, where the specimen is placed at the potential of the electron source, which is the cathode. It is a very demanding method of integral image processing.

Vzhledem k stále více se uplatňující rastrovací elektronové mikroskopii vzniká snaha o rozšíření možností této metody do oboru velice nízkých energií dopadu elektronů na preparát až po oblast zrcadlového zobrazování.Due to the increasingly used scanning electron microscopy, there is an effort to extend the possibilities of this method into the field of very low energies of electron impact on the specimen to the area of mirror imaging.

Standardní uspořádání rastrovacího elektronového mikroskopu pro práci s nízkou energií dopadu elektronů využívá rovněž, tak jako v případě nízkovoltové elektronové mikroskopie, umístění preparátu na potenciálu katody. Tento přístup je nezbytný, poněvadž elektronové zdroje a soustavy nejsou schopny pracovat s nízkoenergiovými elektrony. Pro zajištění funkčnosti elektronově optické soustavy je třeba pracovat s elektrony s energií nejméně několik jednotek ke V a snížení energie dopadu elektronů na preparát dosáhnout, 'DJ202-/The standard scanning electron microscope arrangement for working with low electron impact energy also utilizes, as in the case of low-voltage electron microscopy, the placement of the specimen at the cathode potential. This approach is necessary because electron sources and systems are unable to work with low-energy electrons. To ensure the functionality of the electron optical system, it is necessary to work with electrons with energy of at least several units to V and to reduce the energy of the electron impact on the specimen, 'DJ202- /

26r3r20t3f26r3r20t3f

-Ίjako v případě nízkovoltové elektronové mikroskopie, umístěním preparátu na potenciál blízký nebo rovný potenciálu katody.- As in low-voltage electron microscopy, placing the specimen at a potential close to or equal to the cathode potential.

Preparát umístěný na jistém potenciálu tvoří pak spolu s poslední elektrodou nebo pólovým nástavcem objektivu dodatečnou elektrostatickou čočku, nazývanou také katodová imersní čočka, v jejímž poli jsou primární elektrony nejprve příslušně zpomaleny a po interakci s preparátem opět v opačném směru urychleny. Je-li potenciál preparátu velmi blízký potenciálu katody, jsou odražené elektrony (BSE) rovněž tak jako emitované sekundární elektrony (SE) soustředěny těsně kolem optické osy mikroskopu a vracejí se tak zpět do optické soustavy po trajektoriích prakticky totožných s trajektoriemi elektronů primárních v opačném směru. Takto urychlené sekundární elektrony nelze detekovat rotačně symetrickým detektorem. Situace se ještě více komplikuje, je-li pro zvýšení rozlišovací schopnosti mikroskopu využito principu magnetické otevřené objektivové čočky (magnetická imersní čočka), jejíž magnetické pole dosahuje až k povrchu preparátu. Sekundární elektrony jsou pak navíc drženy i magnetickým polem v těsné blízkosti optické osy a jejich oddělení od primárních elektronů je v rotačně symetrické soustavě principiálně vyloučeno. Při dostatečně velkém zvětšení je veškerý signál, tedy odražené i sekundární elektrony, veden zpět do optické soustavy tak, že prochází otvory elektrod a pólových nástavců zpět do prostoru katody, aniž by byl zachytitelný za účelem zobrazování.The specimen placed at a certain potential then forms, together with the last electrode or pole piece of the objective lens, an additional electrostatic lens, also called a cathode immersion lens, in which the primary electrons are first retarded accordingly and accelerated again in the opposite direction after interaction with the specimen. If the specimen potential is very close to that of the cathode, the reflected electrons (BSE) as well as the emitted secondary electrons (SE) are centered closely around the optical axis of the microscope and return to the optical system following trajectories practically identical to the primary electron trajectories in the opposite direction. . Such accelerated secondary electrons cannot be detected by a rotationally symmetrical detector. The situation becomes even more complicated when the principle of magnetic open objective lens (magnetic immersion lens), whose magnetic field reaches to the surface of the specimen, is used to increase the resolution of the microscope. In addition, the secondary electrons are held by the magnetic field in close proximity to the optical axis and their separation from the primary electrons is in principle excluded in the rotationally symmetrical system. At a sufficiently large magnification, all the signal, including both reflected and secondary electrons, is fed back into the optical system by passing through the electrode or pole piece apertures back into the cathode space without being captured for imaging.

Z US 6 841 776 je známo řešení pokrývající v první části patentu problém rastrovací elektronové mikroskopie, ale separaci svazku osvětlovacího od signálového řeší pomocí Wienových filtrů, což je kombinace prvků magnetických a elektrostatických. Nevýhodou tohoto uspořádání je, že tato kombinace polí narušuje z principu kvalitu osvětlovacího svazku a tím zhoršuje parametr dosažitelné rozlišovací schopnosti.From US 6,841,776 a solution is known covering the problem of scanning electron microscopy in the first part of the patent, but it solves the separation of the illumination beam from the signal by means of Wien filters, which is a combination of magnetic and electrostatic elements. A disadvantage of this arrangement is that this combination of fields, in principle, compromises the quality of the illumination beam and thus deteriorates the attainable resolution parameter.

.-DJ202Í , 2*3:201/.-DJ202I, 2 * 3: 201 /

-3Podstata vynálezu3. Summary of the Invention

Uvedené nedostatky dosavadního stavu techniky do značné míry eliminuje způsob detekce signálních elektronů v elektronovém mikroskopu, u něhož podstatou vynálezu je, že se na svazky emitovaných primárních elektronů a zpětně emitovaných signálních elektronů působí nad místem dopadu primárního elektronového svazku na pozorovaný předmět třemi za sebou uspořádanými homogenními magnetickými sektorovými poli. Nejdříve, ve směru dráhy emitovaných primárních elektronů, se působí prvním homogenním magnetickým sektorovým polem, jehož vektor magnetické indukce je kolmý na elektronový svazek pro odchýlení svazku emitovaných primárních elektronů jedním směrem. Pak se působí druhým homogenním magnetickým sektorovým polem, jehož vektor magnetické indukce je kolmý na elektronový svazek a protiběžný vůči vektoru magnetické indukce prvního homogenního magnetického sektorového pole pro přichýlení svazku emitovaných primárních elektronů a svazku signálních elektronů opačným směrem k ose optické soustavy. Nakonec se působí třetím homogenním magnetickým sektorovým polem, jehož vektor magnetické indukce je kolmý na elektronový svazek a rovnoběžný s vektorem magnetické indukce prvního homogenního magnetického sektorového pole pro vrácení svazku emitovaných primárních elektronů do optické osy soustavy a vychýlení svazku signálních elektronů od osy optické soustavy po jejich emisi z místa dopadu primárního elektronového svazku na pozorovaný předmět. Poté se snímá svazek signálních elektronů v oblasti třetího nebo druhého homogenního magnetického sektorového pole, v nichž je svazek signálních elektronů odchýlen od dráhy svazku emitovaných primárních elektronů.The aforementioned drawbacks of the prior art are largely eliminated by a method of detecting signal electrons in an electron microscope wherein the essence of the invention is to treat the primary electron beam and the back-emitted signal electron beams above the primary electron beam spot on the observed object by three homogeneously arranged magnetic sector fields. First, in the path direction of the emitted primary electrons, a first homogeneous magnetic sector field is applied, whose magnetic induction vector is perpendicular to the electron beam to deflect the emitted primary electron beam in one direction. Thereafter, a second homogeneous magnetic sector field is applied, whose magnetic induction vector is perpendicular to the electron beam and opposed to the magnetic induction vector of the first homogeneous magnetic sector field to adhere the emitted primary electron beam and the signal electron beam opposite the axis of the optical system. Finally, a third homogeneous magnetic sector field is applied whose magnetic induction vector is perpendicular to the electron beam and parallel to the magnetic induction vector of the first homogeneous magnetic sector field to return the emitted primary electron beam to the optical axis of the array and deflect the signal electron beam from emission from the primary electron beam spot on the observed object. The signal electron beam is then sensed in the region of a third or second homogeneous magnetic sector field in which the signal electron beam is deviated from the path of the primary electron beam emitted.

Ve výhodném provedení tohoto způsobu se signální elektronový svazek snímá v několika oblastech třetího nebo druhého homogenního magnetického sektorového pole pro oddělené snímání signálních elektronů s různou energií.In a preferred embodiment of the method, the signal electron beam is sensed in several regions of a third or second homogeneous magnetic sector field for separately sensing signal electrons with different energies.

' 2fr-3:2013 /2fr-3: 2013 /

03202-(03202- (

-4Uvedené nedostatky dosavadního stavu techniky rovněž do značné míry eliminuje zařízení pro provádění tohoto způsobu, podle vynálezu, které obsahuje v horním pólovém nástavci objektivové čočky elektronového mikroskopu soustavu magnetických optických hranolů (magnetic prism array), uspořádaných pod sebou ve směru pohybu elektronů ve svazku primárních elektronů v pořadí první magnetický optický hranol, druhý magnetický optický hranol a třetí magnetický optický hranol. Pod těmito magnetickými optickými hranoly je uspořádán rastrovací systém. Mimo optickou osu soustavy pak je uspořádán detektor pro snímání signálních elektronů emitovaných z preparátu. Tento detektor může být s výhodou tvořen scintilátorem navazujícím na světlovod.The aforementioned drawbacks of the prior art also largely eliminate the apparatus for carrying out the method according to the invention, which comprises in the upper pole piece of the electron microscope objective lens a set of magnetic prism arrays arranged one below the other in the direction of electron movement in the primary beam the first magnetic optical prism, the second magnetic optical prism and the third magnetic optical prism. A scanning system is arranged below these magnetic optical prisms. A detector for detecting signal electrons emitted from the specimen is then arranged outside the optical axis of the system. The detector may advantageously be a scintillator connected to the light guide.

Ve výhodném provedení tohoto zařízení pro provádění způsobu pro oddělené snímání signálních elektronů s různou energií obsahuje toto zařízení soustavu magnetických optických hranolů uložených ve stínícím tubusu elektronového mikroskopu a uspořádaných pod sebou ve směru pohybu elektronů ve svazku primárních elektronů v pořadí první magnetický optický hranol, druhý magnetický optický hranol a třetí magnetický optický hranol. Pod soustavou magnetických optických hranolů je uspořádán rastrovací systém. Mimo optickou osu soustavy v několika oblastech třetího a/nebo druhého magnetického optického hranolu pak je uspořádán složený detektor elektronů pro oddělené snímání signálních elektronů s různou energií.In a preferred embodiment of the apparatus for performing a method for separately sensing different energy signal electrons, the apparatus comprises a set of magnetic optical prisms arranged in a shielding tube of an electron microscope and arranged one below the other in the direction of electron movement in the primary electron beam. an optical prism and a third magnetic optical prism. A scanning system is arranged below the system of magnetic optical prisms. Outside the optical axis of the system in several regions of the third and / or second magnetic optical prism, a composite electron detector is provided for separately sensing signal electrons with different energies.

Ve zvláště výhodném provedení tohoto zařízení jev oblasti třetího a/nebo druhého magnetického optického hranolu uspořádán pomocný magnetický optický hranol pro zvětšení vychýlení svazku signálních elektronů.In a particularly preferred embodiment of the device, an auxiliary magnetic optical prism is arranged in the region of the third and / or second magnetic optical prism to increase the deflection of the signal electron beam.

Přehled obrázků na vvkresechVynález bude dále podrobněji popsán podle přiložených výkresů, kde na obr. 1 je schematicky znázorněn princip způsobu detekce signálních elektronů v elektronovém mikroskopu podle vynálezu, na obr. 2 je schematicky znázorněno optické schéma soustavy optických magnetických hranolů pro vytváření ,DJ20qfBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 schematically illustrates the principle of signal electron detection method in an electron microscope according to the invention; Figure 2 schematically illustrates an optical scheme of an optical magnetic prism system

26.3.20W26.3.20W

- 5 prvního až třetího homogenního magnetického sektorového pole v dispersní rovině, na obr. 3 je schematicky znázorněno optické schéma soustavy z obr. 2 v nedispersní rovině, na obr. 4 je schematicky znázorněno optické schéma soustavy s děleným druhým hranolem v režimu spektrálně selektivním, na obr. 5 je schematicky znázorněno optické schéma soustavy s děleným druhým hranolem v režimu energiově neselektivním, na obr. 6 je schematicky znázorněno optické schéma soustavy asymetricky uspořádaných optických magnetických hranolů vhodné pro širokopásmovou energiově neselektivní detekci, na obr. 7 je schematicky znázorněno optické schéma soustavy asymetricky uspořádaných optických magnetických hranolů vhodné pro snímání energiového spektra, případně integrálního signálu, na obr. 8 je schematicky znázorněno zařízení pro provádění uvedeného způsobu s magnetickým vychylováním a na obr. 9 je schematicky znázorněno zařízení pro provádění uvedeného způsobu s elektrostatickým vychylováním.Figure 5 schematically shows the optical diagram of the system of Figure 2 in a non-dispersive plane; Figure 4 schematically shows the optical diagram of the split prism system in spectrally selective mode; Fig. 5 schematically shows an optical scheme of a split prism system in a non-selective energy mode; Fig. 6 schematically shows an optical scheme of a system of asymmetrically arranged optical prisms suitable for broadband energy non-selective detection; a system of asymmetrically arranged optical prisms suitable for sensing an energy spectrum or an integral signal, FIG. 8 shows schematically an apparatus for carrying out said method with magnetic deflection, and FIG. 9 schematically shows An apparatus for carrying out said method with electrostatic deflection.

ά'.·-áa -·' λ ·- a iά '. · -aa - ·' λ · - and i

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Pro detekci signálu za účelem vytváření obrazu v případě velmi malých, respektive nulových energií dopadu rastrujícího svazku na preparát lze podle vynálezu využít uspořádání osově nesymetrického způsobu detekce jak sekundárních, tak odražených elektronů. K tomu se využívají magnetická sektorová pole či magnetické hranoly, které slouží k oddělení primárního či osvětlovacího elektronového svazku v rastrovacím elektronovém mikroskopu tak, aby byly zpětně se vracející signálové elektrony, a to jak sekundární,tak i odražené, odkloněny od optické osy přístroje bez významného vlivu na trajektorie elektronů primárních. Tento požadavek je nezbytný zvláště pro realizaci zrcadlové rastrovací elektronové mikroskopie, ale je schopen pokrýt i široké energiově spektrum dopadajících elektronů v uspořádání, kdy je na preparát aplikovatelné elektrické předpětí.According to the invention, an axially unsymmetrical method of detecting both secondary and reflected electrons can be used for signal detection for image generation in the case of very low or zero energies of the scanning beam impact on the specimen. Magnetic sector fields or magnetic prisms are used to separate the primary or illumination electron beam in a scanning electron microscope so that the recurrent signal electrons, both secondary and reflected, are deflected from the optical axis of the instrument without significant influence on trajectories of primary electrons. This requirement is particularly necessary for the realization of mirror scanning electron microscopy, but is able to cover a wide energy spectrum of incident electrons in an arrangement where an electrical preload is applicable to the specimen.

-6Obecně platí, že homogenní magnetické pole působící na pohybující se elektricky nabité částice, to jest elektrony či ionty, stáčí jejich pohyb po kruhových trajektoriích v rovině kolmé na působící magnetické pole, přičemž směr stáčení je závislý na vzájemné orientaci směru pohybu nabité částice, směru působení magnetického pole a polaritě náboje.Generally, a homogeneous magnetic field acting on moving electrically charged particles, i.e. electrons or ions, rotates their motion along circular trajectories in a plane perpendicular to the acting magnetic field, the direction of rotation being dependent on the relative orientation of the direction of motion of the charged particle, direction effect of magnetic field and charge polarity.

Z dané skutečnosti plyne, že je možné takové uspořádání optických magnetických hranolů, které je schopné vzájemně oddělit svazek elektronů v jednom směru na preparát dopadajících od svazku elektronů preparát v opačném směru opouštějících.It follows that an arrangement of optical magnetic prisms is possible that is capable of separating the electron beam in one direction from one another on the specimen incident from the electron beam leaving the specimen in the opposite direction.

Základním požadavkem však je, aby nebyla narušena kvalita svazku dopadajícího na preparát tak, aby nedocházelo ke ztrátě rozlišovací schopnosti rastrovacího elektronového mikroskopu a na druhé straně aby odklonění trajektorie signálních elektronů bylo dostatečně velké pro technickou realizovatelnost jejich detekce.However, the basic requirement is that the quality of the beam incident on the specimen is not impaired so that the resolution of the scanning electron microscope is not lost and, on the other hand, the deflection of the signal electron trajectories is sufficiently large for the technical feasibility of their detection.

Z vlastností magnetických sektorových polí či optických magnetických hranolů plyne, že v rovině stáčení trajektorií má hranol jistou optickou mohutnost a je schopen například rovnoběžné svazky fokusovat do tvaru lineárního ohniska rovnoběžného se směrem působícího magnetického pole. Fokusace ve směru kolmém na tento lze též dosáhnout pomocí změny úhlu dopadu elektronového svazku na vstupní hranu magnetického hranolu. Lze dokázat, že vhodnou volbou parametrů magnetického hranolu je možno dosáhnout stigmatického zobrazování bodu do bodu.It is apparent from the properties of magnetic sector fields or optical prisms that, in the trajectory twisting plane, the prism has a certain optical power and is able, for example, to focus parallel beams in the form of a linear focal point parallel to the magnetic field. Focusing in a direction perpendicular to this can also be achieved by varying the angle of incidence of the electron beam on the leading edge of the magnetic prism. It can be shown that by suitable selection of the parameters of the magnetic prism it is possible to achieve stigmatic point-to-point imaging.

Další z vlastností optických magnetických hranolů je jejich energiová disperse. To znamená, že například elektrony různých energií mají v příčných magnetických polích odlišné trajektorie a je tedy možné elektrony podle jejich energie rozlišit. Na druhé straně je však možné najít takové uspořádání soustavy optických magnetických hranolů, kdy je energiová disperse potlačena.Another property of optical magnetic prisms is their energy dispersion. This means, for example, that electrons of different energies have different trajectories in the transverse magnetic fields and it is thus possible to differentiate electrons according to their energy. On the other hand, it is possible to find an arrangement of the optical magnetic prism system in which the energy dispersion is suppressed.

Aplikací zvláštním způsobem uspořádané soustavy optických magnetických hranolů na optické ose rastrovacího elektronového mikroskopuApplication of a special arrangement of optical magnetic prisms on the optical axis of the scanning electron microscope

D3202/D3202 /

2& 3·; 201 lze dosáhnout vzájemného oddělení trajektorií primárních, to jest osvětlovacích, a zpětně emitovaných, to jest signálních, elektronů tak, že je umožněna detekce těchto elektronů mimo optickou osu soustavy. Tento princip je schematicky znázorněn na obr. 1. Primární elektronový svazek 1 vstupuje do prvního optického magnetického hranolu 2, který ho vychyluje směrem od optické osy 3 soustavy. Takto vychýlený primární elektronový svazek 1 vstupuje do druhého optického magnetického hranolu 4, který ho vychyluje opačným směrem, tedy znovu ho přichyluje k optické ose 3 soustavy. Primární elektronový svazek 1 vstupuje do třetího optického magnetického hranolu 5, který ho vychyluje opačným směrem, tedy znovu ho vychyluje směrem od optické osy 3 soustavy tak, aby na výstupu splýval s optickou osou 3 soustavy. Primární elektronový svazek 1 vybudí na pozorovaném objektu 7 signální elektronový svazek 6 sekundárních nebo odražených elektronů, který vstupuje do optické soustavy opačným směrem než primární elektronový svazek 1. Je-li směr stáčení primárních i signálních elektronů závislý na vzájemné orientaci směru pohybu nabité částice, směru působení magnetického pole a polaritě náboje, pak je zřejmé, že poněvadž polarita nábojů primárních i signálních elektronů i směr působení magnetického pole na ně jsou totožné, bude to směr pohybu nabité částice, který je u primárních elektronů oproti signálním elektronům opačný, bude směr stáčení primárních elektronů opačný vůči směru stáčení signálních elektronů, čímž dojde k jejich oddělení. Signální elektronový svazek 6 sekundárních nebo odražených elektronů se tedy v prvním optickém magnetickém hranolu 2, druhém optickém magnetickém hranolu 4 a třetím optickém magnetickém hranolu 5 bude vychylovat na opačnou stranu než primární elektronový svazek 1. Do dráhy signálního elektronového svazku 6 sekundárních nebo odražených elektronů pak lze v místě jeho vychýlení od optické osy 3 soustavy vložit detektor 8, na který pak dopadá signální elektronový svazek 6 sekundárních nebo odražených elektronů, aniž by docházelo k narušení primárního elektronového svazku 1.2 & 3 ·; 201, it is possible to achieve mutual separation of primary, i.e., illumination, and re-emitted, i.e. signal, electrons, so that detection of these electrons outside the optical axis of the system is possible. This principle is schematically illustrated in FIG. 1. The primary electron beam 1 enters the first optical magnetic prism 2, which deflects it away from the optical axis 3 of the assembly. The deflected primary electron beam 1 enters the second optical magnetic prism 4, which deflects it in the opposite direction, i.e. again deflects it to the optical axis 3 of the assembly. The primary electron beam 1 enters the third optical magnetic prism 5, which deflects it in the opposite direction, i.e. again deflects it away from the optical axis 3 of the system so as to coincide with the optical axis 3 of the system. The primary electron beam 1 excites on the observed object 7 the signal electron beam 6 of secondary or reflected electrons, which enters the optical system in the opposite direction to the primary electron beam 1. If the rotating direction of both the primary and signal electrons depends on the orientation of the charged particle effect of magnetic field and charge polarity, then it is clear that since the polarity of charges of both primary and signal electrons and the direction of magnetic field action are identical, it will be the direction of motion of the charged particle opposite to the signal electrons. of electrons opposite to the direction of rotation of the signal electrons, thereby separating them. Thus, the signal electron beam 6 of the secondary or reflected electrons will deflect in the first optical magnetic prism 2, the second optical magnetic prism 4 and the third optical magnetic prism 5 to the opposite side to the primary electron beam 1. Into the path of the signal electron beam 6 of secondary or reflected electrons a detector 8 can be inserted at the point of its deflection from the optical axis 3 of the system, which then strikes the signal electron beam 6 of the secondary or reflected electrons without disturbing the primary electron beam 1.

&3202Í& 3202I

-8Současně lze u takto uspořádané soustavy optických magnetických hranolů dosáhnout úplné kompenzace dispersních vlastností jednotlivých hranolů ve směru pohybu svazku primárních elektronů.At the same time, in such a set of optical magnetic prisms, a complete compensation of the dispersion properties of the individual prisms in the direction of movement of the primary electron beam can be achieved.

Vhodnou volbou magnetického buzení jednotlivých sekcí hranolů lze dosáhnout navíc nulové optické mohutnosti soustavy tak, že její vložení do dráhy primárního svazku nepřináší žádnou optickou mohutnost, a to v obou na sebe vzájemně kolmých směrech fokusace. Toto je schematicky znázorněno na obr. 2 a 3. Na obr. 2 je znázorněno optické schéma soustavy optických magnetických hranolů 2, 4, 5 pro vytváření prvního až třetího homogenního magnetického sektorového pole v dispersní rovině. Čárkovanými polopřímkami 9 je znázorněn směr primárních elektronových svazků 1, jak by probíhal, pokud by neprocházel soustavou optických magnetických hranolů. Plnými čarami pak je znázorněno, jak dochází k vychýlení primárního elektronového svazku 1 působením soustavy optických magnetických hranolů 2, 4, 5. K pozorovanému objektu 7 přicházejí oba primární elektronové svazky 1, znázorněné čárkovaně i plnou čarou, ve stejném místě. Velikost vychýlení primárního elektronového svazku 1 přitom závisí na energii elektronů. První dílčí primární elektronový svazek la obsahuje elektrony s energií nižší než nominální, zatímco druhý dílčí primární elektronový svazek lb obsahuje elektrony s energií nominální.In addition, a suitable choice of magnetic excitation of the individual prism sections can achieve zero optical power of the system so that its insertion into the primary beam path does not bring any optical power in both perpendicular directions of focusing. This is schematically illustrated in FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is an optical diagram of an array of optical magnetic prisms 2, 4, 5 for generating a first to third homogeneous magnetic sector field in a dispersion plane. The dotted lines 9 show the direction of the primary electron beams 1 as it would have been if it had not passed through the array of optical magnetic prisms. Solid lines then show how the primary electron beam 1 is deflected by a system of optical magnetic prisms 2, 4, 5. Both primary electron beams 1, shown in dashed lines and solid lines, arrive at the same object. The amount of deflection of the primary electron beam 1 depends on the energy of the electrons. The first primary electron beam 1a contains electrons with a lower than nominal energy, while the second primary electron beam 1b contains electrons with a nominal energy.

Na obr. 3 je totéž schematicky znázorněno, čárkovaně i plnou čarou, v nedispersní rovině.In FIG. 3, the same is schematically shown, in dashed lines and solid lines, in a non-dispersed plane.

Dalším strukturováním optických magnetických hranolů 2, 4, 5, například rozdělením druhého optického magnetického hranolu 4, umístěného v soustavě uprostřed, na dvě nezávislé části, lze nezávisle měnit polaritu této části soustavy optických magnetických hranolů 2, 4, 5 a dosáhnout tak například maximálního úhlu odklonění signálního elektronového svazku 6 sekundárních nebo odražených elektronů. Současně se tak posiluje dispersní účinek soustavy optických magnetických hranolů 2, 4, 5 a získává se spektrální rozložení elektronů podle jejich energií. Snadno se tak realizuje oddělená detekceBy further structuring the optical magnetic prisms 2, 4, 5, for example by dividing the second optical magnetic prism 4 located in the center of the system into two independent portions, the polarity of that part of the optical magnetic prisms system 2, 4, 5 can be independently changed. deflection of the signal electron beam of 6 secondary or reflected electrons. At the same time, the dispersion effect of the optical magnetic prism system 2, 4, 5 is strengthened and the spectral distribution of electrons according to their energies is obtained. Separate detection is easily realized

2C-.S.2OÍV2C-.S.2OIV

-9například sekundárních a odražených elektronů, respektive lze detekovat a analyzovat celé energiové spektrum zpětně emitovaných elektronů. Toto je znázorněno na obr. 4. Primární elektronový svazek 1 vstupuje do prvního optického magnetického hranolu 2, který ho vychyluje směrem od optické osy 3 soustavy. Takto vychýlený primární elektronový svazek 1 vstupuje do druhého optického magnetického hranolu 4, který ho vychyluje opačným směrem, tedy znovu ho přichyluje k optické ose 3 soustavy. Primární elektronový svazek 1 vstupuje do třetího optického magnetického hranolu 5, který ho vychyluje opačným směrem, tedy znovu ho vychyluje směrem od optické osy 3 soustavy tak, aby na výstupu splýval s optickou osou 3 soustavy. Primární elektronový svazek 1 vybudí na pozorovaném objektu 7 signální elektronový svazek 6 sekundárních nebo odražených elektronů, který vstupuje do optické soustavy opačným směrem než primární elektronový svazek 1. Vzhledem k tomu, že směr pohybu elektronů primárního elektronového svazku 1 je opačný než směr signálního elektronového svazku 6 sekundárních nebo odražených elektronů, vychyluje se signální elektronový svazek 6 sekundárních nebo odražených elektronů opačným směrem a dopadá na složený detektor 10 elektronů. Čím větší je energie elektronů, tím méně se vychylují, takže z místa dopadu elektronů na složený detektor 10 elektronů lze usuzovat na jejich energii a vyhodnocením signálu ze složeného detektoru 10 elektronů se získá spektrální rozložení elektronů v signálním elektronovém svazku 6 sekundárních nebo odražených elektronů podle jejich energií. Takto první dílčí signální elektronový svazek 6a je tvořen elektrony s nej vyšší energií, druhý dílčí signální elektronový svazek 6b je tvořen elektrony s nižší energií, třetí dílčí signální elektronový svazek 6c je tvořen elektrony s ještě nižší energií a čtvrtý dílčí signální elektronový svazek 6d, který ani nedopadá na složený detektor 10 elektronů, je tvořen elektrony s nejnižší energií, jako jsou sekundární elektrony.For example, secondary and reflected electrons, respectively, the entire energy spectrum of back-emitted electrons can be detected and analyzed. This is shown in FIG. 4. The primary electron beam 1 enters the first optical magnetic prism 2, which deflects it away from the optical axis 3 of the assembly. The deflected primary electron beam 1 enters the second optical magnetic prism 4, which deflects it in the opposite direction, i.e. again deflects it to the optical axis 3 of the assembly. The primary electron beam 1 enters the third optical magnetic prism 5, which deflects it in the opposite direction, i.e. again deflects it away from the optical axis 3 of the system so as to coincide with the optical axis 3 of the system. The primary electron beam 1 excites on the observed object 7 a signal electron beam 6 of secondary or reflected electrons, which enters the optical system in the opposite direction to the primary electron beam 1. Since the direction of electron movement of the primary electron beam 1 is opposite to the direction of the signal electron beam 6 secondary or reflected electrons, the signal electron beam of 6 secondary or reflected electrons is deflected in the opposite direction and impinges on the composite electron detector 10. The greater the energy of the electrons, the less they deviate, so that their energy can be inferred from the point of impact of the electrons on the composite electron detector 10, and evaluating the signal from the composite electron detector 10 obtains the spectral distribution of electrons in the 6 electron beam or reflected electron beam. energy. Thus, the first partial signal electron beam 6a is formed by the electrons with the highest energy, the second partial signal electron beam 6b is formed by the electrons with the lower energy, the third partial signal electron beam 6c is formed by the electrons with the even lower energy, and the fourth partial signal electron beam 6d it does not hit the composite electron detector 10, it is made up of the lowest energy electrons, such as secondary electrons.

Změnou buzení nezávislé části centrálního hranolu v opačném smyslu lze energetickou dispersi naopak minimalizovat a zajistit tak detekci veškeréhoBy changing the excitation of the independent part of the central prism in the opposite sense, the energy dispersion can be minimized and thus detection of all

D3202f'D3202f '

-10signálu z preparátu nezávisle na jeho energiovém rozdělení. Toto je schematicky znázorněno na obr. 5.-10 signal from the preparation independent of its energy distribution. This is shown schematically in FIG. 5.

Pro optimalizaci detekční soustavy v různých aplikačních směrech lze soustavu magnetických hranolů uspořádat i v nesymetrickém sestavení, a to jak v rovině vertikální,tak horizontální. Pro ilustraci lze uvést například uspořádání vhodné pro detekci nej širšího možného energiového rozsahu zpětně emitovaných signálních elektronů, viz obr. 6.To optimize the detection system in different application directions, the prism array can also be arranged in an asymmetrical configuration, both in the vertical and horizontal planes. By way of illustration, an arrangement suitable for detecting the broadest possible energy range of back-emitted signal electrons can be mentioned, see Fig. 6.

Pro detekci nej širšího možného rozsahu energiového spektra zpětně emitovaných signálních elektronů je možné doplnit strukturu hranolů o pomocný hranol fokusující čárové spektrum v širokém energiovém pásmu do jedné detekční roviny. V této rovině lze spektra snímat buď simultánně, např. mnoha-kanálovým detektorem, nebo vybírat jednotlivé spektrální čáry pomocí pohybu spektra, např. změnou buzení pomocného hranolu, přes pevnou spektrální štěrbinu následovanou detektorem. Spektrálně integrální signál lze pak detekovat v rovině kolmé na rovinu spektrální zavedením opačné magnetické polarizace pomocného hranolu, jak je schematicky znázorněno na obr. 7.In order to detect the widest possible range of the energy spectrum of the back-emitted signal electrons, it is possible to add a prism to the prism focusing the broad-band energy spectrum to one detection plane. At this plane, spectra can be scanned either simultaneously, eg by a multi-channel detector, or by selecting individual spectral lines by moving the spectrum, eg by changing the excitation of the auxiliary prism through a fixed spectral slot followed by the detector. The spectrally integral signal can then be detected in a plane perpendicular to the spectral plane by introducing reverse magnetic polarization of the auxiliary prism, as schematically shown in FIG. 7.

Způsob detekce elektronů podle vynálezu lze využít při konstrukci rastrovacích elektronových mikroskopů určených ke zkoumání pozorovaných objektů 7 pomocí velmi pomalých elektronů, respektive elektronů zrcadlících se na povrchu pozorovaného objektu 7. Snížení energie dopadu elektronů na pozorovaný objekt 7 je dosahováno umístěním pozorovaného objektu 7 na vyšší záporný potenciál až do hodnoty potenciálu katody, kdy dochází k zrcadlení dopadajících elektronů a vytváří se elektrostatická imersní čočka.The method of electron detection according to the invention can be used in the construction of scanning electron microscopes designed to examine the observed objects 7 by means of very slow electrons or electrons reflecting on the surface of the observed object 7. Reduction of the energy impact of the electrons on the observed object 7 is achieved potential up to the cathode potential, which reflects the incident electrons and creates an electrostatic immersion lens.

Na obr. 8 je schematicky znázorněno první příkladné provedení zařízení pro provádění výše popsaného způsobu. Objektivová čočka 11 je opatřena vinutím 12, uspořádaným mezi horním pólovým nástavcem 13 a spodním pólovým nástavcem 14. Toto vinutí 12 objektivové čočky je od vakuové části optické soustavy odděleno přepážkou 15. Uvnitř objektivové čočky 11 jeFig. 8 schematically shows a first exemplary embodiment of an apparatus for carrying out the above-described method. The objective lens 11 is provided with a winding 12 disposed between the upper pole piece 13 and the lower pole piece 14. This winding 12 of the objective lens is separated from the vacuum part of the optical system by a partition 15. Inside the objective lens 11 is

2fr3r 2013( . £>3202/2fr3r 2013 (£ £ 3202 /

- 11 uspořádaná soustava magnetických optických hranolů 2, 4, 5. Ve směru pohybu elektronů v primárním elektronovém svazku 1 je nejdříve uspořádán první magnetický optický hranol 2, za ním druhý magnetický optický hranol 4 a za ním třetí magnetický optický hranol 5. Soustava magnetických optických hranolů 2, 4, 5 je uložena okolo středové osy objektivové čočky 11, to jest okolo optické osy 3 soustavy, a to ve vnitřním prostoru horního pólového nástavce 13. Pod třetím magnetickým optickým hranolem 5 je uspořádán rastrovací systém 16, což je zpravidla oktupol.In the direction of movement of the electrons in the primary electron beam 1, a first magnetic optical prism 2 is arranged, followed by a second magnetic optical prism 4 and a third magnetic optical prism 5 thereafter. The prisms 2, 4, 5 are arranged around the central axis of the objective lens 11, i.e. the optical axis 3 of the assembly, in the interior of the upper pole piece 13. A scanning system 16, which is generally octupol, is arranged below the third magnetic prism.

V činnosti tohoto zařízení vstupuje neznázoměný primární elektronový svazek 1 do prvního optického magnetického hranolu 2, který ho vychyluje směrem od neznázoměné optické osy 3 soustavy. Takto vychýlený primární elektronový svazek 1 vstupuje do druhého optického magnetického hranolu 4, který ho vychyluje opačným směrem, tedy znovu ho přichyluje k optické ose 3 soustavy. Primární elektronový svazek 1 vstupuje do třetího optického magnetického hranolu 5, který ho vychyluje opačným směrem, tedy znovu ho vychyluje směrem od optické osy 3 soustavy tak, aby na výstupu splýval s optickou osou 3 soustavy. Primární elektronový svazek 1 po průchodu rastrovacím systémem 16 vybudí na pozorovaném objektu 7 neznázoměný signální elektronový svazek 6 sekundárních nebo odražených elektronů, který vstupuje do optické soustavy opačným směrem než primární elektronový svazekIn the operation of the device, the primary electron beam 1 (not shown) enters the first optical magnetic prism 2, which deflects it away from the optical axis 3 (not shown). The deflected primary electron beam 1 enters the second optical magnetic prism 4, which deflects it in the opposite direction, i.e. again deflects it to the optical axis 3 of the assembly. The primary electron beam 1 enters the third optical magnetic prism 5, which deflects it in the opposite direction, i.e. again deflects it away from the optical axis 3 of the system so as to coincide with the optical axis 3 of the system. The primary electron beam 1, after passing through the scanning system 16, excites a not shown signal electron beam 6 of secondary or reflected electrons on the observed object 7, which enters the optical system in the opposite direction to the primary electron beam

1. Vzhledem k tomu, že směr pohybu elektronů primárního elektronového svazku 1 je opačný než směr signálního elektronového svazku 6 sekundárních nebo odražených elektronů, vychyluje se signální elektronový svazek 6 sekundárních nebo odražených elektronů opačným směrem a dopadá na neznázoměný detektor 8. Takto je signální elektronový svazek 6 sekundárních nebo odražených elektronů oddělen od primárního elektronového svazku 1, což umožní jeho detekci bez porušení optických vlastností primárního elektronového svazku 1.1. Since the direction of movement of the electrons of the primary electron beam 1 is opposite to the direction of the signal electron beam 6 of the secondary or reflected electrons, the signal electron beam 6 deflects in the opposite direction and impinges on a detector 8 not shown. a beam of 6 secondary or reflected electrons separated from the primary electron beam 1, allowing it to be detected without disturbing the optical properties of the primary electron beam 1.

B3202f Ů26-r201tfB3202f 2626-r201tf

- 12Popsané uspořádání lze v případě elektromagnetických objektivových čoček 11 doplnit pro získání špičkového rozlišení ještě o princip otevřené magnetické čočky, čímž dochází k zanoření preparátu do magnetického pole, čímž vzniká magnetická imersní čočka, respektive kombinace elektrostatické a magnetické imersní čočky.In the case of electromagnetic objective lenses 11, the described arrangement can be supplemented by the principle of an open magnetic lens to obtain a peak resolution, thus immersing the preparation in a magnetic field, thus creating a magnetic immersion lens or a combination of an electrostatic and magnetic immersion lens.

Z principů elektronové optiky pak vyplývá, že sekundární, respektive primární elektrony odražené od povrchu pozorovaného objektu 7, jehož potenciál se blíží potenciálu katody, jsou opět urychlovány elektrostatickým polem, respektive v kombinaci s polem magnetickým tak, že procházejí elektronově optickou soustavou v opačném směru než elektrony primární, přičemž jsou soustředěny velice blízko optické osy 3 soustavy a nemohou být rotačně symetrickým detektorem zaregistrovány, poněvadž procházejí centrálním otvorem detektoru 8 nezbytným pro průchod elektronů primárních. Jejich odchýlení z osové trajektorie není snadno možné, poněvadž jejich energie je totožná, respektive blízká energii elektronů primárních. Při jejich odchylování by byla stejným způsobem narušena trajektorie elektronů primárních a tím by došlo k nevratnému odchýlení rastrujícího svazku z optické osy soustavy. Spekulace s využitím Wienova filtru se zkříženým magnetickým a elektrostatickým polem jsou fyzikálně opodstatněné, ale prakticky nepoužitelné vzhledem k enormně narůstajícím aberacím při odklonu signálních elektronů do nezbytných větších úhlů.It follows from the principles of electron optics that secondary or primary electrons reflected from the surface of the observed object 7, whose potential is close to the potential of the cathode, are again accelerated by the electrostatic field or in combination with the magnetic field by passing the electron optical system in the opposite direction they are concentrated very close to the optical axis 3 of the system and cannot be detected by the rotationally symmetrical detector because they pass through the central opening of the detector 8 necessary for the passage of the primary electrons. Their deviation from the axial trajectory is not easily possible because their energy is identical or close to that of the primary electrons. If they deviate, the trajectory of the primary electrons would be disrupted in the same way and the irradiation of the scanning beam from the optical axis of the system would be irreversible. Speculation using the Wien filter with crossed magnetic and electrostatic fields is physically justified, but practically unusable due to the enormously increasing aberrations when signal electrons are diverted to the necessary larger angles.

Shora popsané uspořádání s rotačně nesymetrickým detektorem 8 elektronů využívající elektronově optické vlastnosti magnetických optických hranolů 2, 4, 5 představuje systém, který odstraňuje nevýhody jak rotačně symetrických, tak ostatních rotačně nesymetrických detektorů.The above-described arrangement with a rotationally unsymmetrical electron detector 8 utilizing the electron optical properties of the magnetic optical prisms 2, 4, 5 is a system that eliminates the disadvantages of both rotationally symmetrical and other rotationally unsymmetrical detectors.

Na obr. 9 je schematicky znázorněno druhé příkladné provedení zařízení pro provádění výše popsaného způsobu. Ve stínícím tubusu 21 elektronového mikroskopu jsou uspořádány první, druhý a třetí magnetický optický hranol 2, 4,FIG. 9 schematically illustrates a second exemplary embodiment of an apparatus for carrying out the method described above. The first, second and third magnetic optical prisms 2, 4 are arranged in the shielding tube 21 of the electron microscope,

5. Namísto magnetické čočky je zde soustava 17 elektrostatických čoček.5. Instead of a magnetic lens there is an array of 17 electrostatic lenses.

’ i’I

- 13 Zařízení je opatřeno pomocným magnetickým optickým hranolem 18, nad nímž je uspořádán světlovod 19 zakončený scintilátorem 20. U pomocného magnetického optického hranolu 18 je uspořádán složený detektor 10 elektronů.The apparatus is provided with an auxiliary magnetic optical prism 18 above which a light guide 19 terminated by a scintillator 20 is arranged. In the auxiliary magnetic optical prism 18 a composite electron detector 10 is provided.

V činnosti tohoto zařízení vstupuje neznázoměný primární elektronový svazek 1 do prvního optického magnetického hranolu 2, který ho vychyluje směrem od neznázoměné optické osy 3 soustavy. Takto vychýlený primární elektronový svazek 1 vstupuje do druhého optického magnetického hranolu 4, který ho vychyluje opačným směrem, tedy znovu ho přichyluje k optické ose 3 soustavy. Primární elektronový svazek 1 vstupuje do třetího optického magnetického hranolu 5, který ho vychyluje opačným směrem, tedy znovu ho vychyluje směrem od optické osy 3 soustavy tak, aby na výstupu splýval s optickou osou 3 soustavy. Primární elektronový svazek 1 po průchodu soustavou 17 elektrostatických čoček vybudí na pozorovaném objektu 7 neznázoměný signální elektronový svazek 6 sekundárních nebo odražených elektronů, který vstupuje do optické soustavy opačným směrem než primární elektronový svazek 1. Vzhledem k tomu, že směr pohybu elektronů primárního elektronového svazku 1 je opačný než směr signálního elektronového svazku 6 sekundárních nebo odražených elektronů, vychyluje se signální elektronový svazek 6 sekundárních nebo odražených elektronů opačným směrem a je i dále vychylován pomocným magnetickým optickým hranolem 18 a dopadá na složený detektor 10 elektronů. Velikost vychýlení elektronů signálního elektronového svazku 6 sekundárních nebo odražených elektronů závisí na jejich energii, elektrony s vysokou energií, např. odražené elektrony, jsou vychýleny nejméně a dopadají tedy na tu část složeného detektoru 10 elektronů, která je vzdálenější od pozorovaného objektu 7, zatímco elektrony s nízkou energií, např. sekundární elektrony, jsou vychýleny nejvíce a dopadají tedy na tu část složeného detektoru 10 elektronů, která je nejblíže k pozorovanému objektuIn the operation of the device, the primary electron beam 1 (not shown) enters the first optical magnetic prism 2, which deflects it away from the optical axis 3 (not shown). The deflected primary electron beam 1 enters the second optical magnetic prism 4, which deflects it in the opposite direction, i.e. again deflects it to the optical axis 3 of the assembly. The primary electron beam 1 enters the third optical magnetic prism 5, which deflects it in the opposite direction, i.e. again deflects it away from the optical axis 3 of the system so as to coincide with the optical axis 3 of the system. The primary electron beam 1, after passing through the electrostatic lens assembly 17, excites an unrecognized signal electron beam 6 of secondary or reflected electrons on the observed object 7, which enters the optical system in the opposite direction to the primary electron beam 1. is opposite to the direction of the signal electron beam 6 of the secondary or reflected electrons, the signal electron beam 6 of the secondary or reflected electrons is deflected in the opposite direction and is further deflected by the auxiliary magnetic optical prism 18 and impinges on the composite electron detector 10. The magnitude of the electron deflection of the signal electron beam 6 of the secondary or reflected electrons depends on their energy, the high energy electrons, e.g., the reflected electrons, are deflected the least and thus impinge on that part of the composite electron detector 10 which is farther from the observed object 7 with low energy, eg secondary electrons, are deflected the most, thus impinging on that part of the composite electron detector 10 that is closest to the observed object

7. Takto se snadno oddělí signál z odražených elektronů od signálu ze sekundárních elektronů. Je však možné i mnohem jemnější dělení, např. dělení dmo^7. Thus, the reflected electron signal is easily separated from the secondary electron signal. However, a much finer division is also possible, e.g.

-14podle energií pouze sekundárních elektronů ze signálního elektronového svazku 6 sekundárních nebo odražených elektronů.-14 according to energies of only secondary electrons from the signal electron beam of 6 secondary or reflected electrons.

Vlastní systém detektoru je tedy situován ve vnitřním vrtání horního pólového nástavce 13 co nejblíže magnetické mezeře magnetické čočky. V prostoru mezi čočkou a složeným detektorem 10 elektronů je v daném případě umístěna soustava 17 elektrostatických čoček představující elektrostatický vícepól sloužící k rastrování, respektive ke korekci astigmatismu elektronového svazku. Vlastní magnetická čočka je v tomto případě uzavřená, takže pozorovaný objekt 7 není zanořen v magnetickém poli, aleje pouze připojen na potenciál katody, respektive potenciál jemu blízký. Vlastní senzory signálních elektronů jsou umístěny v tělese složeného detektoru 10 elektronů. Umístění budící cívky čočky dává prostor pro vyvedení obrazového signálu ať již ve formě světla ze scintilačního typu, či ve formě elektrického napětí z detektoru přímo zesilujícího. Elektrostatický rastrovací systém zaručuje, že zpětně emitované elektrony procházejí detektorem po drahách blízkým drahám elektronů primárním, čímž lze dosáhnout velkých zorných polí na straně malých zvětšení a naopak velkého zvětšení a tedy i rozlišení v případě zvětšení velkých.The detector system itself is situated in the internal bore of the upper pole piece 13 as close as possible to the magnetic gap of the magnetic lens. In the space between the lens and the composite electron detector 10, in this case, an electrostatic lens array 17 is provided, representing an electrostatic multipole for scanning or correcting the electron beam astigmatism. The magnetic lens itself is closed in this case, so that the object 7 is not immersed in the magnetic field, but is only connected to the cathode potential, or the potential close to it. The actual signal electron sensors are located in the body of the composite electron detector 10. The location of the excitation coil of the lens gives space to output the image signal, either in the form of light from a scintillation type or in the form of an electrical voltage from a detector directly amplifying. The electrostatic scanning system ensures that the back-emitted electrons pass through the detector along paths close to the primary electron paths, thereby achieving large field of view on the side of low magnification and vice versa large magnification and hence resolution in the case of large magnifications.

Spojení shora uvedeného složeného detektoru 10 elektronů spolu s elektrostatickou objektivovou čočkou je zvláště vhodné pro aplikaci rastrovací elektronové mikroskopie v zrcadlovém módu v systémech pracujících ve vysokém vakuu, což jsou zejména systémy pro povrchovou analýzu apod. Detektor je umístěn pod elektronovou tryskou na optické ose 3 soustavy procházející soustavou 17 elektrostatických čoček, umístěnou pokud možno co nejblíže detektoru. Prostor mezi čočkou a detektorem je vhodný pro umístění elektrostatického rastrovacího, respektive korekčního vícepólu, který je rovněž kompatibilní s podmínkami vysokého vakua. Je vhodné celý elektronově optický komplet, tvořený čočkou, rastrovacím vícepólem a detektorem, situovat do magneticky stínícího tubusu 21, aby rušivá vnější magnetická pole nemodifikovala elektronové trajektorie. Typ vlastních elektronových senzorů je íi»ao2/The combination of the above composite electron detector 10 together with an electrostatic objective lens is particularly suitable for the application of mirror electron microscopy in high vacuum systems, especially surface analysis systems, etc. The detector is located under the electron gun on the optical axis 3 of the system passing through an electrostatic lens assembly 17, as close as possible to the detector. The space between the lens and the detector is suitable for placing an electrostatic scanning or correction multipole, which is also compatible with high vacuum conditions. It is suitable to locate the entire electron-optical assembly, consisting of the lens, the scanning multipole and the detector, in the magnetically shielding tube 21 so that the disturbing external magnetic fields do not modify the electron trajectories. Type of own electron sensors is »» ao2 /

26-3r20iy třeba volit s ohledem na případnou potřebu vyhřívání za účelem dosažení nezbytného špičkového vakua.26-3r20iy should be selected taking into account the possible need for heating to achieve the necessary peak vacuum.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Způsob detekce elektronů podle vynálezu lze využít při konstrukci rastrovacích elektronových mikroskopů určených ke zkoumání pozorovaných objektů 7 pomocí velmi pomalých elektronů, respektive elektronů zrcadlících se na povrchu pozorovaného objektu 7.The electron detection method according to the invention can be used in the construction of scanning electron microscopes designed to examine the observed objects 7 by means of very slow electrons or electrons reflecting on the surface of the observed object 7.

,26ri-20iy, 26ri-20y

Seznam vztahových značek primární elektronový svazek první optický magnetický hranol optická osa soustavy druhý optický magnetický hranol třetí optický magnetický hranol signální elektronový svazek sekundárních nebo odražených elektronů pozorovaný objekt detektor čárkované polopřímky složený detektor elektronů objektivová čočka vinutí objektivové čočky horní pólový nástavec objektivové čočky spodní pólový nástavec objektivové čočky přepážka rastrovací systém soustava elektrostatických čoček pomocný magnetický optický hranol světlovod scintilátor stínící tubusPrimary electron beam first optical magnetic prism optical axis of the system second optical magnetic prism third optical magnetic prism signal electron beam secondary or reflected electrons observed object dotted half-line detector compound electron detector objective lens objective lens winding top objective lens bottom pole lens lenses bulkhead scanning system electrostatic lens system auxiliary magnetic optical prism light guide scintillator shielding tube

Claims (6)

Patentové nárokyPatent claims 1. Způsob detekce signálních elektronů v elektronovém mikroskopu, vyznačující se t í m, že se na emitovaný primární elektronový svazek (1) a zpětně emitovaný signální elektronový svazek (6) sekundárních nebo odražených elektronů působí nad místem dopadu primárního elektronového svazku (1) na pozorovaný objekt (7) nejdříve, ve směru dráhy emitovaných primárních elektronů, prvním homogenním magnetickým sektorovým polem, jehož vektor magnetické indukce je kolmý na optickou osu (3) soustavy pro odchýlení emitovaného primárního elektronového svazku (1) jedním směrem, pak druhým homogenním magnetickým sektorovým polem, jehož vektor magnetické indukce je kolmý na optickou osu (3) soustavy a protiběžný vůči vektoru magnetické indukce prvního homogenního magnetického sektorového pole pro přichýlení svazku emitovaných primárních elektronů a svazku signálních elektronů opačným směrem k optické ose (3) soustavy a pak třetím homogenním magnetickým sektorovým polem, jehož vektor magnetické indukce je kolmý na optickou osu (3) soustavy a souběžný s vektorem magnetické indukce prvního homogenního magnetického sektorového pole pro vrácení emitovaného primárního elektronového svazku (1) do optické osy (3) soustavy a vychýlení signálního elektronového svazku (6) sekundárních nebo odražených elektronů od osy (3) optické soustavy po jejich emisi z místa dopadu primárního elektronového svazku (1) na pozorovaný objekt (7), načež se snímá signální elektronový svazek (6) sekundárních nebo odražených elektronů v oblasti třetího nebo druhého homogenního magnetického sektorového pole, v nichž je signální elektronový svazek (6) sekundárních nebo odražených elektronů odchýlen od dráhy emitovaných primárních elektronů primárního elektronového svazku (1).Method for detecting signal electrons in an electron microscope, characterized in that the emitted primary electron beam (1) and the re-emitted signal electron beam (6) of the secondary or reflected electrons are applied above the point of incident of the primary electron beam (1) on observed object (7) first, in the direction of the path of the emitted primary electrons, by the first homogeneous magnetic sector field, whose magnetic induction vector is perpendicular to the optical axis (3) of the emitting primary electron beam (1) in one direction; a field whose magnetic induction vector is perpendicular to the optical axis (3) of the array and opposed to the magnetic induction vector of the first homogeneous magnetic sector field for attaching the emitted primary electron beam and the signal electron beam opposite the optical axis (3) of the array; then a third homogeneous magnetic sector field whose magnetic induction vector is perpendicular to the optical axis (3) of the system and parallel to the magnetic induction vector of the first homogeneous magnetic sector field to return the emitted primary electron beam (1) to the optical axis (3) of the system and electron beam (6) of secondary or reflected electrons from the optical system axis (3) after their emission from the primary electron beam (1) impact point on the observed object (7), whereupon the signal electron beam (6) of secondary or reflected electrons in the region a third or second homogeneous magnetic sector field in which the signal electron beam (6) of the secondary or reflected electrons is deviated from the path of the emitted primary electrons of the primary electron beam (1). 20 3. ?.01Jy20 3.? .01Jy 2. Způsob detekce signálních elektronů v elektronovém mikroskopu podle nároku 1, vyznačující se t í m, že se signální elektronový svazek (6) sekundárních nebo odražených elektronů snímá v několika oblastech třetího nebo druhého homogenního magnetického sektorového pole pro oddělené snímání signálních elektronů s různou energií.Method for detecting signal electrons in an electron microscope according to claim 1, characterized in that the signal electron beam (6) of the secondary or reflected electrons is sensed in several regions of a third or second homogeneous magnetic sector field for separately sensing different electron signaling electrons . 3. Zařízení pro provádění způsobu podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje v horním pólovém nástavci (13) objektivové čočky elektronového mikroskopu soustavu magnetických optických hranolů (2, 4, 5), uspořádaných pod sebou ve směru pohybu elektronů v primárním elektronovém svazku (1) v pořadí první magnetický optický hranol (2), druhý magnetický optický hranol (4) a třetí magnetický optický hranol (5), pod nimiž je uspořádán rastrovací systém (16), přičemž mimo optickou osu (3) soustavy je uspořádán detektor (8) pro snímání signálních elektronů emitovaných z pozorovaného objektu (7).Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that, in the upper pole piece (13) of the electron microscope objective lens, a set of magnetic optical prisms (2, 4, 5) arranged one below the other in the direction of electron movement in the primary electron beam (1) a first magnetic optical prism (2), a second magnetic optical prism (4) and a third magnetic optical prism (5), under which a scanning system (16) is arranged, wherein a detector is arranged outside the optical axis (3) of the system (8) for sensing signal electrons emitted from the observed object (7). 4. Zařízení pro provádění způsobu podle nároku 2, vyznačující se tím, že obsahuje soustavu magnetických optických hranolů (2,4, 5) uložených ve stínicím tubusu (21) elektronového mikroskopu a uspořádaných pod sebou ve směru pohybu elektronů v primárním elektronovém svazku (1) v pořadí první magnetický optický hranol (2), druhý magnetický optický hranol (4) a třetí magnetický optický hranol (5), pod nimiž je uspořádán rastrovací systém (16), přičemž mimo optickou osu (3) soustavy v několika oblastech třetího a/nebo druhého magnetického optického hranolu (5 a/nebo 4) je uspořádán složený detektor (10) elektronů pro oddělené snímání signálních elektronů s různou energií.Device for carrying out the method according to claim 2, characterized in that it comprises a set of magnetic optical prisms (2,4, 5) arranged in the shielding tube (21) of the electron microscope and arranged one below the other in the direction of electron movement in the primary electron beam (1). ) a first magnetic optical prism (2), a second magnetic optical prism (4) and a third magnetic optical prism (5), under which a scanning system (16) is arranged, wherein outside the optical axis (3) of the system in several regions of the third and and / or a second magnetic optical prism (5 and / or 4) is provided with a composite electron detector (10) for separately sensing signal electrons with different energies. 5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se t í m, že v oblasti třetího a/nebo druhého magnetického optického hranolu (5 a/nebo 4) je uspořádán /D32O2/ /26,3,2013/ pomocný magnetický optický hranol (18) pro zvětšení vychýlení signálního elektronového svazku (6) sekundárních nebo odražených elektronů.Device according to claim 4, characterized in that (D32O2) (26,3,2013) an auxiliary magnetic optical prism (18) is provided in the region of the third and / or second magnetic optical prism (5 and / or 4). to increase the deflection of the signal electron beam (6) of secondary or reflected electrons. 6. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že detektor (8) je tvořen scintilátorem (20) navazujícím na světlo vod (19).Device according to claim 3, characterized in that the detector (8) is formed by a scintillator (20) connected to the light of the water (19).
CZ2013-293A 2013-04-19 2013-04-19 Detection method of signal electrons in electron microscope and apparatus for making the same CZ2013293A3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2013-293A CZ2013293A3 (en) 2013-04-19 2013-04-19 Detection method of signal electrons in electron microscope and apparatus for making the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2013-293A CZ2013293A3 (en) 2013-04-19 2013-04-19 Detection method of signal electrons in electron microscope and apparatus for making the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ304659B6 CZ304659B6 (en) 2014-08-20
CZ2013293A3 true CZ2013293A3 (en) 2014-08-20

Family

ID=51352896

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2013-293A CZ2013293A3 (en) 2013-04-19 2013-04-19 Detection method of signal electrons in electron microscope and apparatus for making the same

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2013293A3 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ2014768A3 (en) * 2014-11-07 2016-04-20 Tescan Orsay Holding, A.S. Display device displaying by charges particle beam and detecting signal charged particles by multipurpose selective detector

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4216730C2 (en) * 1992-05-20 2003-07-24 Advantest Corp Scanning electron beam device
JP2003187730A (en) * 2001-12-13 2003-07-04 Jeol Ltd Beam separator and reflection electron microscope
US6841776B1 (en) * 2003-04-01 2005-01-11 Kla-Tencor Technologies Corporation Method and apparatus for high-speed inspection and review
US6878937B1 (en) * 2004-02-10 2005-04-12 Kla-Tencor Technologies Corporation Prism array for electron beam inspection and defect review
US8080790B2 (en) * 2008-03-05 2011-12-20 Hitachi High-Technologies Corporation Scanning electron microscope
US8729492B2 (en) * 2010-07-20 2014-05-20 The Research Foundation For The State University Of New York Methods, devices, and systems for manipulating charged particle streams

Also Published As

Publication number Publication date
CZ304659B6 (en) 2014-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7294834B2 (en) Scanning electron microscope
US7947951B2 (en) Multi-beam ion/electron spectra-microscope
JP5913682B2 (en) Monochromator and charged particle beam apparatus including the same
KR102207766B1 (en) Secondary electron optics & detection device
JP6846550B2 (en) Electron beam imaging device and method
TWI749396B (en) An electromagnetic compound lens, a charged particle optical system and a method to configure an electromagnetic compound lens with an optical axis
US11328918B2 (en) Device and method for electron transfer from a sample to an energy analyzer and electron spectrometer device
US9984848B2 (en) Multi-beam lens device, charged particle beam device, and method of operating a multi-beam lens device
JP2018006339A (en) Scanning electron microscope
CZ2016300A3 (en) A scanning electron microscope and the method of its operation
CN110431649A (en) Charged particle beam apparatus
EP2355125B1 (en) Particle beam device and method for operation of a particle beam device
AU2017220662B2 (en) Extraction system for charged secondary particles for use in a mass spectrometer or other charged particle device
US9543115B2 (en) Electron microscope
US5451783A (en) Charged-particle analyser
CZ2013293A3 (en) Detection method of signal electrons in electron microscope and apparatus for making the same
CZ2017566A3 (en) A device with ion tube and scanning electron microscope
US10446360B2 (en) Particle source for producing a particle beam and particle-optical apparatus
JP6104756B2 (en) Electron spectrometer
CN109904053A (en) With the transmission charged particle microscope for improving EELS/EFTEM module
RU2738186C2 (en) Extraction system for secondary charged particles, intended for use in a mass spectrometer or other device for charged particles