CZ305883B6 - Zobrazovací zařízení zobrazující svazkem nabitých částic a detekující signální nabité částice víceúčelovým selektivním detektorem - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zobrazovacího zařízení zobrazujícího svazkem nabitých částic a detekujícího signální nabité částice víceúčelovým selektivním detektorem s alespoň jednou souvislou aktivní plochou pro detekci svazku nabitých částic zahrnujících alespoň sekundární elektrony nebo zpětně odražené elektrony, přičemž alespoň jedna aktivní plocha detektoru obsahuje alespoň jednu zaslepenou oblast. Zobrazovací zařízení dále zahrnuje zdroj nabitých částic generující primární svazek nabitých částic, optický systém clon a čoček sloužící k formování a optimalizaci primárního svazku nabitých částic, systém deflektorů pro vychylování primárního svazku nabitých částic a pro rastrování primárním svazkem nabitých částic po vzorku, objektivovou čočku fokusující primární svazek nabitých částic, energiový separátor vychylující signální svazek nabitých částic do jednoho nebo více směrů od optické osy zobrazovacího zařízení tak, že primární svazek nabitých částic procházející tímto energiovým separátorem nabitých částic vychýlen není. Dále obsahuje alespoň jeden pomocný detektor signálního svazku nabitých částic umístěný uvnitř tubusu zobrazovacího zařízení.

Description

Zobrazovací zařízení zobrazující svazkem nabitých částic a detekující signální nabité částice víceúčelovým selektivním detektorem

Oblast techniky

Vynález se týká detekce signálních nabitých částic v zobrazovacích zařízeních zobrazujících svazkem nabitých částic, zejména elektronových mikroskopech. Konkrétně se vynález týká zobrazovacího zařízeni zobrazujícího svazkem nabitých částic a detekujícího signální nabité částice 10 víceúčelovým selektivním detektorem pro zobrazování s vysokým rozlišením a s optimalizací kontrastu.

Dosavadní stav techniky

Nezbytnou součástí zařízení pro zobrazování vzorků rastrováním svazkem nabitých částic po povrchu vzorku, nejčastěji svazkem elektronů, je detektor signálního svazku elektronů emitovaných vzorkem při dopadu primárního svazku elektronů emitovaných zdrojem elektronů. Tento princip zobrazování je využíván zejména v rastrovacích elektronových mikroskopech. Je známo, že sig20 nální elektrony mají jistý rozptyl energií a směrů, se kterými jsou emitovány z povrchu vzorku.

Selektivní detekcí signálních elektronů, například podle jejich počátečních energií nebo směrů, je možné dosáhnout ovlivnění výsledného druhu kontrastu vzorku. Tyto techniky zahrnují například energiovou filtraci signálních elektronů nebo topografické zobrazování pomocí signálních elektronů emitovaných v daném intervalu počátečních směrů. Pozorování pomocí energiové filtrace 25 signálních elektronů je využíváno zejména v oboru nízkoenergiové elektronové mikroskopie, kde je energie dopadajících elektronů primárního svazku nižší než cca 5 keV. V těchto případech jsou zobrazovací systémy s vysokým rozlišením většinou vybaveny detekčními systémy umístěnými uvnitř elektronových tubusu.

Dnešní pokročilé detekční systémy jsou zejména uvnitř tubusů elektronových mikroskopů kombinovány s tzv. energiovým separátorem nabitých částic, což je deflektor, jehož účinnost závisí na energii a směru částic letících separátorem. Zejména se takto využívá kombinovaný elektrostaticko-magnetický deflektor známý jako ExB filtr nebo Wienův filtr. ExB filtr tvoří vzájemně kolmé elektrostatické a magnetické vychylovací pole, které lze naladit tak, že částice s danou energií (například elektrony tvořící primární svazek elektronů) nejsou při průletu ExB filtrem vychylovány, zatímco částice s odlišnou energií nebo opačným vektorem rychlosti (například elektrony tvořící signální svazek elektronů) vychýleny ExB filtrem jsou. Například patent US4658136 popisuje detekční systém, kde jsou takto elektrony tvořící signální svazek elektronů odchýleny od optické osy zobrazovacího zařízení na detektor signálních elektronů uvnitř elektro40 nového tubusu, zatímco elektrony tvořící primární svazek elektronů odchýleny od optické osy zobrazovacího zařízení nejsou. Přihláška vynálezu US20100140471 popisuje detektor signálních elektronů sestávající z více subdetektorů a ExB filtru směrujícího signální svazek elektronů na některou z částí subdetektoru. Patent US7141791 popisuje systém se segmentovaným detektorem signálních elektronů a ExB filtrem. Segmentace detektoru přitom slouží k selektivní detekci dopadajících signálních elektronů na detektor. Často používaným efektem je závislost výchylky ExB filtru na energii procházejících signálních elektronů. Patent US5608218 nárokuje systém se dvěma detektory signálních elektronů a ExB filtrem, kde každý z detektorů detekuje signální elektrony s jinou energií, například sekundární elektrony a zpětně odražené elektrony.

Jinou možností, jak realizovat detekci signálních elektronů s energiovou filtrací, je použití radiální prostorové separace-signálních elektronů podle jejich energie, která nastává ve svazku signálních elektronů směřujících dovnitř elektronového tubusu v různé míře vždy, když je mezi detektorem a vzorkem umístěna objektivová čočka fokusující primární svazek elektronů na vzorek. Například patent US5644132 popisuje systém se dvěma detektory umístěnými nad sebou v elek- tronovém tubusu rotačně symetricky kolem primárního svazku elektronů. Takto jsou na každém

- 1 CZ 305883 B6 z detektorů detekovány signální elektrony s různou divergencí a dochází k radiální separaci signálních elektronů na detektorech. Patent US7910887 dále popisuje možnost clonění signálního svazku elektronů clonou umístěnou mezi objektivovou čočkou a detektorem. Tato clona má nastavitelný průměr a je polohovatelná. Takto je možné s asistencí ExB filtru provést radiální filtraci dopadajících signálních elektronů i na detektoru umístěném mimo optickou osu zobrazovacího zařízení.

Další možnost selektivní detekce signálních elektronů popisuje přihláška vynálezu US20010010357, kde je k vychýlení signálních elektronů mimo optickou osu zobrazovacího zařízení použit mimoosový chod signálních elektronů objektivovou čočkou. K selektivní detekci signálních elektronů je zde použit známý princip konverze signálních elektronů dopadajících na vhodný vodivý povrch na sekundární elektrony, které jsou odkloněny a detekovány detektorem umístěným pod touto konverzní plochou. Selekce signálních elektronů je dosažena mřížkou na potenciálu nebo kruhovou stínící clonou umístěnou pod konverzní plochou nebo pokrytím části povrchu konverzní elektrody uhlíkem, který emituje znatelně méně konverzních sekundárních elektronů. Popsaný aperturový filtr ani oblast snížení emise konverzních elektronů není součástí aktivní plochy detektoru, což s sebou přináší značná omezení. U konverzního principu není možno řídit tloušťkou zaslepovací vrstvy detekovaný signál a snížení emisivity nikdy není úplné. Případná použitá stínící clona nemůže být jednoduše konstruována v různých tvarech, například ve tvaru mezikruží. Řešení popsané v přihlášce tedy nepřináší univerzální řešení s více tvary zaslepených oblastí pro různé druhy filtrací. Pole detektoru nutné k přitažení konverzních elektronů navíc deformuje jak primární svazek, tak především svazek signální, což má na samotnou filtraci negativní dopad.

Pokud jde o separaci signálních elektronů podle jejich počátečních směrů zejména pro dosažení topografického kontrastu, využívá se jeden nebo více detektorů signálních elektronů umístěných ze strany podél osy primárního svazku elektronů v elektronovém tubusu nebo mezi objektivovou čočkou a vzorkem, nebo rotačně symetrických detektorů umístěných kolem primárního svazku elektronů a rozdělených azimutálně na nezávisle detekující segmenty. Takto segmentovaný detektor může být umístěn i mimo osu primárního svazku elektronů s využitím ExB filtru, který směruje svazek signálních elektronů na tento detektor, jak je popsáno například v patentu US7705301.

Popsaná řešení detekčních systémů umožňujících selektivní detekci signálních elektronů při zachování zobrazení s vysokým rozlišením mají některé nevýhody. Zejména jde o konstrukční náročnost. U řešení používajících k energiové filtraci signálních elektronů mřížky na napěťovém potenciálu v řádu kilovoltů mají problémy s rušivými účinky tohoto napětí uvnitř elektronových tubusů v blízkosti primárního svazku elektronů. Použití segmentovaných detektorů nebo detektorů složených z mnoha malých detekujících elementů (např. detektory s využitím křemíkových fotonásobičů SiPM) je taktéž konstrukčně náročné a značně zvyšuje celkovou cenu systému. Neaktivní zóny oddělující jednotlivé segmenty dále snižující užitečný signál. Filtrace signálních elektronů pomocí stínící kruhové clony umístěné pod detekční nebo konverzní plochou zase umožňuje pouze radiální filtraci signálních elektronů s vyloučením signálních elektronů letících dále od středu svazku signálních elektronů a přitom je nutné použít zařízení pro přesné polohování clony a zařízení pro změnu velikosti clony, což systém výrazně komplikuje. Mechanická clona pod detekční nebo konverzní plochou může být jen kruhová, nepřipouští se tvary typu mezikruží, musí být opatřena mechanickým ramenem stínícím detektor a přesným polohovacím zařízením, což s sebou přináší konstrukční problémy, zvlášť při řešení na potenciálu. Není tedy snadné vytvořit několik clon různých tvarů a také nemůže být nastavena propustnost clony její tloušťkou. Při použití konverzní detekční plochy je k přitažení a urychlení konverzních sekundárních elektronů nutné použít detektor na vysokém potenciálu, což přináší riziko zanesení aberací a nechtěné výchylky na primární svazek elektronů.

. ? CZ 305883 B6

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody jsou odstraněny zobrazovacím zařízením zobrazujícím svazkem nabitých částic a detekující signální nabité částice, přičemž detektorem signálního svazku nabitých částic je víceúčelový selektivní detektor pro detekci svazku nabitých částic zahrnujících alespoň sekundární elektrony nebo zpětně odražené elektrony, jehož podstata spočívá v tom, že je umístěn mimo optickou osu zobrazovacího zařízení a obsahuje alespoň jednu souvislou aktivní oblast obsahující zaslepenou oblast nebo obsahuje otvor pro průchod primárního svazku nabitých částic a alespoň jedna jeho souvislá aktivní plocha obsahuje alespoň jednu zaslepenou oblast.

Zobrazovací zařízení zobrazující svazkem nabitých částic a detekující signální nabité částice zahrnující zdroj nabitých částic generující primární svazek nabitých částic, optický systém clon a čoček sloužící k formování primárního svazku a optimalizaci proudu primárního svazku nabitých částic, systém deflektorů pro vychylování primárního svazku nabitých částic a pro rastrování primárním svazkem nabitých částic po vzorku, objektivovou čočku fokusující primární svazek nabitých částic, energiový separator vychylující signální svazek nabitých částic do jednoho nebo více směrů od optické osy zobrazovacího zařízení tak, že primární svazek nabitých částic procházející tímto energiovým separátorem nabitých částic vychýlen není, a alespoň jeden pomocný detektor signálního svazku nabitých částic vybuzených primárním svazkem nabitých částic na vzorku, umístěný uvnitř tubusu zobrazovacího zařízení, které spočívá v tom, že detektorem signálního svazku nabitých částic je víceúčelový selektivní detektor popsaný výše, tj. detektor, jehož alespoň jedna aktivní plocha obsahuje alespoň jednu zaslepenou oblast.

Zobrazovací zařízení zobrazující svazkem nabitých částic tedy obsahuje víceúčelový selektivní detektor popsaný výše. Tubus zařízení zobrazujícího svazkem nabitých částic, například elektronového mikroskopu nebo systému zobrazujícího iontovým svazkem, je tvořen zdrojem nabitých částic, optickým systémem clon a čoček sloužícím k formování primárního svazku a optimalizaci proudu primárního svazku nabitých částic, systémem deflektorů pro vychylování primárního svazku nabitých částic a pro rastrování primárním svazkem nabitých částic po vzorku, alespoň jednou objektivovou čočkou fokusující primární svazek nabitých částic na vzorek, detekčním systémem tvořeným alespoň jedním víceúčelovým selektivním detektorem, alespoň jedním energiovým separátorem nabitých částic a případně dalšími pomocnými konvenčními detektory. Objektivové čočky mohou být v jakémkoli uspořádání známém ve stavu techniky, zejména mohou být provedeny jako konvenční magnetická čočka se dvěma magnetickými póly a gapem, imerzní magnetická čočka, jejíž fokusující magnetické pole zasahuje do vzorku, elektrostatická katodová čočka, čočka tvořená přivedením vnitřní části tubusu zobrazovacího zařízení na kladný potenciál (tzv. beam booster) a jejich možné kombinace.

Víceúčelovým selektivním detektorem zobrazovacího zařízení zobrazujícího svazkem nabitých částic (dále také jen víceúčelový selektivní detektor) může být jakýkoli konvenční detektor zobrazovacího zařízení zobrazujícího svazkem nabitých částic známý ze stavu techniky, například scintilátor připojený ke světlovodu nebo detektor na principu polovodiče. Aktivní plocha víceúčelového selektivního detektoru podle vynálezu však je opatřena zaslepenou oblastí takovou, že na ni dopadající signální nabité částice ve víceúčelovém selektivním detektoru nebudí žádný signál nebo budí tlumený signál. Tato zaslepená oblast se nachází mimo optickou osu zobrazovacího zařízení, které zobrazuje svazkem nabitých částic.

Zaslepené oblasti víceúčelového selektivního detektoru zobrazovacího zařízení zobrazujícího svazkem nabitých částic jsou s výhodou tvarovány do speciálních tvarů umožňujících selekci signálních nabitých částic, například podle jejich různé energie nebo počátečního úhlu. Ve výhodném provedení obsahuje víceúčelový selektivní detektor zaslepenou oblast obecně elipsovitého tvaru, s výhodou kruhového, nebo zaslepenou oblast ohraničenou z vnitřní a vnější strany dvěma soustřednými elipsami, s výhodou mezikruží, pro radiální selekci a tedy i energiovou filtraci detekovaných signálních částic typu horní, resp. dolní propusti. V jiném provedení víceúčelový

-3 CZ 305883 B6 selektivní detektor s výhodou obsahuje zaslepenou oblast s jednou částí okraje rovnou, například typu půlkruh, sloužící k omezení azimutálních úhlů detekovaných signálních nabitých částic k získání topografického kontrastu.

Zaslepenou oblastí víceúčelového selektivního detektoru může být s výhodou vodivá zaslepovací vrstva vytvořená na aktivní ploše detektoru. Vodivé provedení umožňuje snadné odvedený elektrického náboje, což zabraňuje nabíjení zaslepovací vrstvy. U nevodivé zaslepovací vrstvy je nutné problémům vzniklých uvedeným nabíjením zabraňovat dodatečným stíněním či jinými prostředky. Dopadající signální nabité částice, kterými jsou v rastrovacích elektronových mikroskopech sekundární elektrony nebo zpětně odražené elektrony, jsou pak v této zaslepovací vrstvě úplně nebo částečně pohlceny. Tloušťka zaslepovací vrstvy je s výhodou větší než 1 nm a ve většině případů se bude pohybovat v rozmezí 1 nm až několik milimetrů, nejčastěji v řádech stovek nanometrů, přičemž minimální tloušťka potřebná k pohlcení většiny dopadajících elektronů závisí zejména na atomovém čísle materiálu zaslepovací vrstvy. Vhodnou tloušťkou zaslepovací vrstvy poté můžeme ovlivnit množství nabitých částic pohlcených touto zaslepovací vrstvou. Vhodným materiálem pro vytvoření zaslepovací vrstvy je například platina nebo 1TO (indium, cín a kyslík). Ve zvláštních případech může mít zaslepovací vrstva i nerovnoměrnou tloušťku. Kombinací speciálních tvarů zaslepené oblasti a tloušťky zaslepovací vrstvy můžeme docílit požadované selekce signálních nabitých částic a značného ovlivnění kvality výsledného zobrazení.

V dalším výhodném provedení může být zaslepená oblast vytvořena jako zaslepovací otvor procházející skrz tělo víceúčelového selektivního detektoru. Zaslepovací otvor je s výhodou vytvořen ve směru trajektorie signálního svazku nabitých částic. Zároveň se zaslepovací otvor nachází mimo optickou osu zobrazovacího zařízení, aby nebránil průchodu primárního svazku nabitých částic. Signální nabité částice dopadající na rovinu aktivní plochy víceúčelového selektivního detektoru v místě zaslepovacího otvoru pak procházejí skrz tělo víceúčelového selektivního detektoru a nejsou detekovány. Zaslepovací otvor, jako jeden z typů zaslepení, může mít s výhodou speciální tvary popsané výše.

Vynález tedy předkládá řešení pro detekční systém uvnitř tubusu zařízení zobrazujícího svazkem nabitých částic. Detekční systém vybavený víceúčelovým selektivním detektorem dle předkládaného vynálezu se vyznačuje schopností variabilní a multi-módové detekce signálních nabitých částic při zachování minimální konstrukční náročnosti a ceny celého řešení. Pomocí jediného víceúčelového selektivního detektoru, kterým může být konvenční detektor svazku nabitých částic, například scintilátor připojený ke světlovodu nebo detektor na principu polovodiče adaptovaný výše uvedeným způsobem doplněného o energiový separátor nabitých částic, například ExB filtr, lze pak realizovat více různých detekčních módů zahrnujících například radiální separaci signálních nabitých částic pro energiovou filtraci v režimu dolní i horní propusti nebo selekci azimutálního úhlového rozložení signálních nabitých částic pro topografický kontrast nebo maximalizaci celkového detekovaného signálu. Tyto módy mohou být snadno a rychle přepínány pomocí energiového separátoru nabitých částic a optimálně nastaveny podle dále popsané procedury.

Víceúčelový selektivní detektor dle tohoto vynálezu je uvnitř tubusu zobrazovacího zařízení umístěn buď mimo optickou osu zobrazovacího zařízení, nebo obsahuje zaslepovací otvor procházející skrz tělo víceúčelového selektivního detektoru, který umožňuje průchod primárního svazku nabitých částic.

Energiový separátor nabitých částic je umístěn mezi víceúčelovým selektivním detektorem dle tohoto vynálezu a objektivovou čočkou a je schopen vychylovat signální svazek nabitých částic, který prochází z vzorku skrz objektivovou čočku dovnitř tubusu zobrazovacího zařízení tak, že střed svazku trajektorií signálních nabitých částic dopadá na zvolené místo v rovině aktivní plochy víceúčelového selektivního detektoru. Takto je možné pouhým nastavením energiového separátoru nabitých částic zamířit střed svazku signálních nabitých částic na danou zaslepenou nebo nezaslepenou část aktivní plochy víceúčelového selektivního detektoru, přičemž vhodně zvolený tvar vybrané zaslepené oblasti definuje selekci detekovaných signálních nabitých částic.

-4CZ 305883 B6

Primární svazek nabitých částic procházející energiovým separátorem nabitých částic přitom vychýlen není.

Pro optimální seřízení detekčního systému je v dalším provedení vynálezu preferovaně použit energiový separátor vychylující signální svazek nabitých částic ve dvou nezávislých směrech a je přidána možnost vytvoření referenčního obrázku tak, že souřadnice bodů v referenčním obrázku odpovídají výchylce signálního svazku nabitých částic způsobené energiovým separátorem, zatímco primární svazek nabitých částic míří do konstantního místa vzorku a světlost v každém bodě referenčního obrázku odpovídá intenzitě buzeného signálu víceúčelového selektivního detektoru. To je dosaženo tím, že rastrovací pilový signál, který běžně při snímání obrazu řídí excitaci vychylovacích deflektorů v synchronizaci s akvizicí signálu z detektoru je použit namísto vychylovacích deflektorů na excitaci elektrické i magnetické části ExB filtru. Oblasti referenčního obrázku s vysokou intenzitou signálu pak odpovídají situaci, kdy je signální svazek nabitých částic odkloněn na nezaslepené části aktivní plochy víceúčelového selektivního detektoru, zatímco oblasti referenčního obrázku s nízkou intenzitou signálu odpovídají odklonu signálního svazku nabitých částic na zaslepené oblasti víceúčelového selektivního detektoru. Pomocí referenčního obrázku lze pak snadno získat přesnou excitaci energiového separátoru pro nastavení požadovaného detekčního módu.

Při vychylování primárního svazku nabitých částic cívkami k rastrování svazkem nabitých částic jsou signální nabité částice emitovány mimo optickou osu zobrazovacího zařízení. Tato počáteční odchylka signálního svazku nabitých částic od optické osy zobrazovacího zařízení se promítá optickou soustavou také do roviny víceúčelového selektivního detektoru a její směr a velikost je dána výchylkou primárního svazku nabitých částic, urychlujícím napětím a optickou soustavou (optickým systémem čoček sloužícím k formování primárního svazku nabitých částic). Při práci s velkým zvětšením není tento problém zpravidla znatelný, ale při malých zvětšeních může docházet k narušení popsaných filtračních efektů. V takovém systému lze tedy dále využít možnost synchronizace výchylky energiového separátoru nabitých částic s výchylkou cívek rastrujících primárním svazkem elektronů tak, že je minimalizován parazitní pohyb signálního svazku elektronů po aktivní ploše víceúčelového selektivního detektoru, zatímco primární svazek elektronů rastrováním separátoru elektronů ovlivněn není (také známo ve stavu techniky jako de-scan deflektor).

Vylepšení popsané konfigurace v dalším provedení vynálezu zahrnuje použití optického systému, který využívá jednu nebo více prostorově oddělených pomocných čoček tak, že je možné ovlivnit divergenci signálního svazku nabitých částic, které proletí z vzorku do tubusu zobrazovacího zařízení na víceúčelový selektivní detektor, zatímco primární svazek nabitých částic je zaostřen na vzorek. Takto je možno ovlivnit velikost aktivní plochy víceúčelového selektivního detektoru, která je zasažena signálním svazkem nabitých částic, a optimalizovat ji podle tvaru zvolené zaslepené oblasti, na které je prováděna selekce signálních nabitých částic. Kombinací optimalizace buzení objektivových čoček a volbou vhodného tvaru použité zaslepené oblasti víceúčelového selektivního detektoru pro radiální selekci detekovaných nabitých částic je proto možné dosáhnout pozorování s energiovou filtrací signálních nabitých částic s různou mezní energií.

V jiném provedení vynálezu může být detekční systém doplněn o jeden či více pomocných detektorů, které jsou umístěny mezi víceúčelovým selektivním detektorem a zdrojem nabitých částic tak, že signální nabité částice, které dopadají na část aktivní plochy víceúčelového selektivního detektoru s tvarovou zaslepenou oblastí tvořenou zaslepovacím otvorem procházejícím skrz tělo víceúčelového selektivního detektoru, jsou po průletu tímto otvorem detekovány na pomocném detektoru. Tento pomocný detektor pak může také obsahovat tvarové zaslepené oblasti své aktivní plochy a je umístěn mimo optickou osu zobrazovacího zařízení nebo obsahuje otvor umožňující průchod primárního svazku nabitých částic.

-5CZ 305883 B6

Objasnění výkresů

Vynález bude podrobněji popsán podle přiložených výkresů, kde na obr. 1 je schematické zná5 zornění příkladného provedení zobrazovacího zařízení podle tohoto vynálezu, na obr. 2 je příklad simulovaných trajektorií signálních elektronů dvou různých energií při průletu objektivovými čočkami, na obr. 3 je schematické znázornění příkladného provedení aktivní plochy víceúčelového selektivního detektoru zobrazovacího zařízení zobrazujícího svazkem nabitých částic podle tohoto vynálezu a na obr. 4 je schematické znázornění elektronově optického systému s víceúčeio lovým selektivním detektorem a pomocným detektorem podle jednoho z provedení vynálezu.

Příklad uskutečnění vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno první provedení zařízení zobrazujícího svazkem nabitých částic, konkrétně svazkem elektronů, s detekčním systémem využívajícím víceúčelový selektivní detektor 6 podle tohoto vynálezu. Ve zdroji 1 elektronů jsou generovány elektrony tvořící primární svazek elektronů. Tento primární svazek elektronů pak prochází optickým systémem clon a čoček sloužícím k formování primárního svazku a optimalizaci proudu primárního svazku nabitých částic 20 (není znázorněno) a následně spodní částí elektronového tubusu (není znázorněno) zobrazovacího zařízení, kde jsou umístěny cívky 4 k rastrování primárním svazkem elektronů po vzorku 2 a jednotlivé části detekčního systému. Nakonec primární svazek elektronů prochází objektivovou čočkou 3, která ho fokusuje do roviny vzorku 2. Detekční systém pak sestává z energiového separátoru, v tomto případě ExB filtru 5, který definovaně vychyluje signální svazek 9 elektronů 25 v obecném směru tak, že primární svazek elektronů procházející také přes ExB filtr 5 vychylován není, a dále z víceúčelového selektivního detektoru 6 signálního svazku 9 elektronů, který je zde schematicky znázorněn jako scintilační materiál spojený pomocí světlovodu s fotonásobičem.

V tomto konkrétním provedení je detekční systém, u kterého je možné minimalizovat parazitní 30 pohyb signálního svazku 9 elektronů po aktivní ploše víceúčelového selektivního detektoru 6 synchronizací výchylky energiového separátoru nabitých částic s výchylkou cívek 4 rastrujících primárním svazkem elektronů, doplněn o jednu či více pomocných objektivových čoček 7, které různým poměrem buzení objektivových čoček 3 a 7 mohou ovlivnit divergenci signálního svazku 9 elektronů, zatímco primární svazek elektronů je stále fokusován do stejné roviny vzorku. 35 Princip divergence signálního svazku 9 elektronů při různém poměru buzení objektivových čoček 3 a 7 a kdy primární svazek elektronů je stále fokusován do roviny vzorku 2, je ilustrován na obr. 2. V modelovaném poli dvou objektivových čoček 3 a 7 byly numericky trasovány trajektorie signálního svazku 9 elektronů dvou různých energií se stejným počátečním úhlem měřeným od optické osy zobrazovacího zařízení. Je vidět, že velikost stopy na víceúčelovém selektiv40 ním detektoru 6, která je tvořena signálním svazkem 9 elektronů generovaných v celém rozsahu azimutálních úhlů v rovině aktivní plochy víceúčelového selektivního detektoru 6, závisí na poměru buzení objektivových čoček 3 a 7 i energii signálních elektronů.

Konkrétní příklad víceúčelového selektivního detektoru 6 podle tohoto vynálezu je znázorněn na 45 obr. 3. Víceúčelový selektivní detektor 6 je v tomto konkrétním případě vybaven otvorem 10. který umožňuje průchod primárního svazku elektronů skrz tělo víceúčelového selektivního detektoru 6. Na aktivní ploše víceúčelového selektivního detektoru 6 detekující svazek signálních elektronů je vytvořena jedna nebo více tvarovaných zaslepených oblastí (U, 12, 13 a 14). Tyto zaslepené oblasti (11, 12, 13 a 14) mohou mít různé tvary. Na obr. 3 jsou znázorněny zaslepená 50 oblast 11 tvaru kruhu nebo zaslepená oblast 13 tvaru mezikruží pro radiální selekci a tedy i energiovou filtraci detekovaných signálních elektronů. Pro omezení azimutálních úhlů detekovaných signálních elektronů pro topografický kontrast může být přítomna zaslepená oblast 12 s jedním okrajem rovným, v tomto případě kruhová úseč. Po nastavení ExB filtru 5 tak, že střed svazku 9 signálních elektronů dopadá na rovný okraj zaslepené oblasti 12 s jedním okrajem rovným, do55 chází k filtraci azimutálních úhlů signálních elektronů. Pro částečný útlum signálu buzeného sig nálním svazkem elektronů, například z důvodu velké intenzity proudu dopadajících signálních elektronů při použití velkých proudů primárního svazku elektronů, může být přítomna jedna nebo více zaslepených oblastí 14 pokovených vodivým materiálem různé tloušťky takové, že část signálních elektronů dopadajících na tuto zaslepenou oblast 14 je v zaslepovací vrstvě pohlcena a část signálních elektronů dopadajících na tuto zaslepenou oblast 14 zaslepovací vrstvou projde, přičemž prošlé elektrony jsou pak víceúčelovým selektivním detektorem 6_detekovány.

Na obr. 4 je schematické znázornění dalšího provedení zařízení zobrazujícího svazkem elektronů s detekčním systémem využívajícím víceúčelový selektivní detektor 6 podle tohoto vynálezu. Detekční systém je doplněn o pomocný detektor 8, který je zde schematicky znázorněn jako scintilační materiál spojený pomocí světlovodu s fotonásobičem. Pomocný detektor 8 je umístěn mezi zdrojem 1 elektronů a víceúčelovým selektivním detektorem 6 tak, že při odklonění signálního svazku 9 elektronů ExB filtrem 5 do místa zaslepené oblasti tvořící otvor skrz tělo víceúčelového selektivního detektoru 6, je signální svazek 9 elektronů po průchodu tímto otvorem detekován pomocným detektorem 8.

Průmyslová využitelnost

Zobrazovací zařízení zobrazující svazkem nabitých částic a detekující signální nabité částice víceúčelovým selektivním detektorem dle vynálezu je možno mj. využít pro systémy zobrazující iontovým svazkem nebo elektronové mikroskopy, zejména však rastrovací elektronové mikroskopy, optimalizované pro pozorování s nízkými energiemi svazku elektronů dopadajících na vzorek, s vysokým rozlišením a s možností selekce spektra detekovaných signálních elektronů.

Claims (10)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zobrazovací zařízení zobrazující svazkem nabitých částic a detekující signální nabité částice, zahrnující:

- zdroj (1) nabitých částic generující primární svazek nabitých částic

- optický systém clon a čoček sloužící k formování primárního svazku a optimalizaci proudu primárního svazku nabitých částic

- systém (4) deflektorů pro vychylování primárního svazku nabitých částic a pro rastrování primárním svazkem nabitých částic po vzorku (2)

- objektivovou čočku (3) fokusující primární svazek nabitých částic

- energiový separátor (5) vychylující signální svazek nabitých částic

- alespoň jeden detektor signálního svazku (9) nabitých částic, vyznačující se tim , že

- detektorem signálního svazku nabitých částic je víceúčelový selektivní detektor (6) pro detekci svazku nabitých částic zahrnujících alespoň sekundární elektrony nebo zpětně odražené elektrony, přičemž je umístěn mimo optickou osu zobrazovacího zařízení nebo obsahu- je otvor pro průchod primárního svazku nabitých částic, přičemž alespoň jedna jeho souvislá aktivní plocha obsahuje alespoň jednu zaslepenou oblast.

2. Zobrazovací zařízení zobrazující svazkem nabitých částic podle nároku I, vyznačující se tím, že alespoň jedna zaslepená oblast víceúčelového selektivního detektoru (6) je tvořena vodivou zaslepovací vrstvou.

3. Zobrazovací zařízení zobrazující svazkem nabitých částic podle nároku 2, vyznačující se t í m , že zaslepovací vrstva má tloušťku alespoň 1 nm.

4, Zobrazovací zařízení zobrazující svazkem nabitých částic podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, že zaslepovací vrstva má nerovnoměrnou tloušťku.

5. Zobrazovací zařízení zobrazující svazkem nabitých částic podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň jedna zaslepená oblast víceúčelového selektivního detektoru (6) je tvořena zaslepovacím otvorem procházejícím skrz jeho tělo.

6. Zobrazovací zařízení zobrazující svazkem nabitých částic podle kteréhokoli nároku 1, vyznačující se tím, že zaslepená oblast víceúčelového selektivního detektoru (6) je zaslepenou oblastí (11) elipsovitého tvaru, nebo zaslepenou oblastí (13) ohraničenou z vnitřní a vnější strany dvěma soustřednými elipsami.

7. Zobrazovací zařízení zobrazující svazkem nabitých částic podle kteréhokoli nároku i až 5, vyznačující se tím, že zaslepená oblast víceúčelového selektivního detektoru (6) má tvar kruhu, nebo mezikruží.

8. Zobrazovací zařízení zobrazující svazkem nabitých částic podle kteréhokoli nároku 1 až 7, vyznačující se tím, že zaslepená oblast víceúčelového selektivního detektoru (6) je zaslepenou oblastí (12) s alespoň jednou částí okraje rovnou.

9. Zobrazovací zařízení zobrazující svazkem nabitých částic podle kteréhokoli nároku 1 až 8, vyznačující se tím, že dále zahrnuje alespoň jednu pomocnou čočku (7) umístěnou mezi objektivovou čočkou (3) a víceúčelovým selektivním detektorem (6).

10. Zobrazovací zařízení zobrazující svazkem nabitých částic podle nároku 5, vyznačující se tím, že dále zahrnuje alespoň jeden pomocný detektor signálního svazku nabitých částic umístěný mezi víceúčelovým selektivním detektorem (6) a zdrojem (1) nabitých částic.