FR2488043A1 - Probe dia. variation device for electron beam analysis - uses two beam deflectors and has fixed multi-aperture plate - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif à optique électronique pour l'étude d'échantillons.Electronic optics device for studying samples.
La présente invention se rapporte à des dispositifs à optique électronique destinés aux études d'échantillons à l'aide d'une sonde électronique. The present invention relates to electronic optical devices intended for studying samples using an electronic probe.
Dans des instruments de sondage électronique, lorsqu'on réalise des études d'un échantillon, il est nécessaire de faire varier aussi bien le courant sur l'échantillon que le diamètre de la sonde électronique. Cette opération est surtout importante pour des instruments qui sont prévus pour le fonctionnement tant en régime de microanalyse qu'en régime d'utilisation en qualité de microscope électronique à balayage.Un microanalyseur à rayons X, destiné à étudier la composition élémenmire de l'échantillon selon le rayonnement caractéristique émis à la suite de son bombardement par les électrons, nécessite un fort courant dufaisceau pour un diamètre de celui-ci allant de 0,1 à 1 pm, tandis qu'un microscope électronique à balayage servant à étudier le relief de la surface de l'échantillon, réclame la création d'un faisceau de diamètre minimal pour un courant suffisant à la visualisation de l'image. De telles tâches différentes peuvent être accomplies à l'aide d'un seul instrument en faisant varier l'ouverture du faisceau électronique lorsqu'on désire passer d'un régime de fonctionnement à l'autre. In electronic sounding instruments, when carrying out studies of a sample, it is necessary to vary both the current on the sample and the diameter of the electronic probe. This operation is especially important for instruments which are intended for operation both in microanalysis mode and in use mode as a scanning electron microscope. An X-ray microanalyzer, intended to study the elementary composition of the sample depending on the characteristic radiation emitted following its bombardment by electrons, requires a strong beam current for a diameter ranging from 0.1 to 1 pm, while a scanning electron microscope used to study the relief of the surface of the sample, requires the creation of a beam of minimum diameter for a current sufficient to view the image. Such different tasks can be accomplished using a single instrument by varying the opening of the electron beam when it is desired to switch from one operating regime to another.
On connait un système d'optique électronique décrit dans la publication de G.D. Missel "Etat actuel de la microscopie électronique à balayage à l'étranger", édition TSNIITEI "Priborostroyenie", Moscou, 1975, p. 25, comportant une source du faisceau électronique, un jeu de lentilles et une plaque mobile percée d'orifices de diamètre différent pour faire varier l'ouverture du faisceau électronique. We know of an electronic optical system described in the publication by G.D. Missel "Current state of scanning electron microscopy abroad", TSNIITEI edition "Priborostroyenie", Moscow, 1975, p. 25, comprising a source of the electron beam, a set of lenses and a movable plate pierced with orifices of different diameter to vary the opening of the electron beam.
Pour obtenir une ouverture désirée sur le trajet du faisceau électronique, il convient de déplacer la plaque suivant les axes X et Y par rapport à l'axe optique du système. To obtain a desired opening on the electron beam path, the plate should be moved along the X and Y axes relative to the optical axis of the system.
La plaque se fixe sur une tige qui est incorporée, d'une façon étanche au vide, dans la paroi de la colonne du système d'optique électronique, et qui se déplace à l'aide d'une transmission par vis sur l'une des coordonnées, le mouvement de ladite plaque sur l'autre coordonnée s'effectuaft soit par la rotation angulaire de la tige-, soit au moyen d'une autre tige qui est montée également de façon à être étanche au vide et qui est déplacée dans le sens pezpendiculaire à celui de la progression de la tige portant la plaque percée d'orifices.The plate is fixed on a rod which is incorporated, in a vacuum-tight manner, in the wall of the column of the electronic optical system, and which moves by means of a screw transmission on one coordinates, the movement of said plate on the other coordinate is effected either by the angular rotation of the rod-, or by means of another rod which is also mounted so as to be vacuum tight and which is moved in the direction pezpendicular to that of the progression of the rod carrying the plate pierced with orifices.
Un tel mécanisme réclame un entraînement manuel. Such a mechanism requires manual training.
La mise du faisceau électronique en coincidence avec l'orifice choisi est effectuée par l'opérateur d'après l'image de l'échantillon d'essai sur l'écran d'un disposait! de contr8le vidéo (en régime de microscopie à balayage) ou bien d'après la lueur du luminophore appliqué à la platine porteéchantillon (en régime de microanalyse) par manipulation des manettes de commande appropriées-soit simultanément, soit tour à tour.The placing of the electron beam in coincidence with the chosen orifice is carried out by the operator according to the image of the test sample on the screen of a device! video control (under scanning microscopy) or according to the glow of the luminophore applied to the sample holder (under microanalysis) by manipulation of the appropriate control levers - either simultaneously or alternately.
Ainsi le réglage du système envisagé est une opération laborieuse et délicate qui prend beaucoup de temps, le réglage et l'ajustage du système étant indispensables chaque fois qu'on passe d'régime de fonctionnement de l'instrument à l'autre. Thus, the adjustment of the envisaged system is a laborious and delicate operation which takes a great deal of time, the adjustment and adjustment of the system being essential each time one changes from the operating regime of the instrument to the other.
Il est à signaler que dans les systèmes d'optique électroniques employés actuellement, le mécanisme de déplacement de la plaque est pratiquement le seul agencement qu'on ne parvient pas à automatiser. L'automatisation de l'opération de déplacement de la plaque est donc difficile du fait que la variation de l'ouverture du faisceau réclame la réalisation de trois mouvements consistant à déplacer rapidement la plaque en vue d'obtenir une coincidence approximative de l'orifice choisi avec le faisceau électronique immobile, à déplacer dans des limites étroites la plaque suivant l'axe X afin d'ajuster l'orifice choisi par rapport au faisceau électronique, et enfin à effectuer, dans le même but, le même déplacement suivant l'axe Y. It should be noted that in the electronic optical systems currently used, the plate movement mechanism is practically the only arrangement that cannot be automated. Automation of the plate displacement operation is therefore difficult since the variation of the beam opening requires the realization of three movements consisting in rapidly moving the plate in order to obtain an approximate coincidence of the orifice. chosen with the stationary electron beam, to move the plate along the X-axis within narrow limits in order to adjust the chosen orifice relative to the electron beam, and finally to carry out, for the same purpose, the same displacement according to the Y axis.
Par ailleurs, tout le mécanisme permettant de réaliser lesdits déplacements doit astre monté dans un espace limité. Furthermore, the entire mechanism for making said movements must be mounted in a limited space.
L'emploi de micromoteurs dans les commandes permettant de déplacer la plaque, d'une part, rend la construction du mécanisme, déjà alourdie, encore plus compliquée, et d'autre part, provoque un accroissement des dimensions du système d'optique électronique pris dans son ensemble.The use of micromotors in the controls making it possible to move the plate, on the one hand, makes the construction of the mechanism, already heavy, even more complicated, and on the other hand, causes an increase in the dimensions of the electronic optical system taken in general.
On connaît également un système d'optique électronique décrit dans le certificat d'auteur URSS nO 519 788 publié en 1976, dans lequel le déplacement d'une plaque perforée par rapport au faisceau électronique immobile est effectué à l'aide de deux chambres pneumatiques associées à un système de vide par l'intermédiaire d'une soupape à vide commandée par un commutateur électrique. lies chambres pneumatiques sont dotées de mécanismes à levier coopérant avec la plaque. Also known is an electronic optical system described in the USSR author's certificate No. 519,788 published in 1976, in which the displacement of a perforated plate with respect to the stationary electronic beam is carried out using two associated pneumatic chambers to a vacuum system via a vacuum valve controlled by an electrical switch. The pneumatic chambers are fitted with lever mechanisms cooperating with the plate.
Un tel système constitue une construction trop encombrante dont le réglage et l'ajustage, lors du passage d'un régime de fonctionnement à l'autre, prennent beaucoup de temps du fait de la nécessité de pompage des chambres pneumatiques et de l'inertie de la soupape à vide. Such a system constitutes an overly bulky construction, the adjustment and adjustment of which, when switching from one operating regime to another, take a long time due to the need to pump the pneumatic chambers and the inertia of the vacuum valve.
Un autre inconvénient des systèmes d'optique électroniques de l'art antérieur réside en ce que les éléments de la commande de déplacement de la plaque, montés dans l'entrefer des pièces polaires de la lentille de formation, affectent la continuité de son circuit magnétique en provoquant ainsi un défaut de symétrie du champ magnétique de la lentille de formation, ce qui, à son tour, conduit à une distorsion de la forme du faisceau électronique. Another drawback of the prior art electronic optical systems is that the elements of the plate movement control, mounted in the air gap of the pole pieces of the forming lens, affect the continuity of its magnetic circuit. thereby causing a defect in symmetry of the magnetic field of the forming lens, which, in turn, leads to a distortion of the shape of the electron beam.
De plus, l'emploi des joints à vide mobiles, destinés à assurer l'introduction des éléments de la commande de déplacement de la plaque dans l'espace vidé, nuit à l'étanchéité de la colonne du système d'optique électronique. In addition, the use of mobile vacuum seals, intended to ensure the introduction of the elements of the plate movement control in the emptied space, harms the sealing of the column of the electronic optical system.
La présente invention a pour but un dispositif optique électronique dans lequel la mise en coincidence du faisceau électronique avec l'orifice de-la plaque définissant l'ouverture du faisceau s'effectue de façon à réduire le temps de réglage et d'ajustage dudit système au cours du passage d'un régime de fonntionnement à l'autre. The object of the present invention is to provide an electronic optical device in which the electron beam coincides with the orifice of the plate defining the opening of the beam takes place so as to reduce the time for adjusting and adjusting said system. during the transition from one operating regime to another.
le dispositif d'optique électronique conforme à l'invention comporte une source du faisceau électronique, iùi jeu de lentilles et une plaque percée d'orifices pour faire varier l'ouverture du faisceau électronique, et il est caractérisé en ce que la plaque est immobilisée par rapport à l'axe optique dudit système, et en ce qu'il comporte en outre deux ensembles de déviation dont l'un est disposé en amont de ladite plaque, suivant le trajet des électrons pour permettre le passage du faisceau à travers l'un des orifices de la plaque, et l'autre est disposé en aval de la plaque pour assurer le retour du faisceau sur l'axe optique su système d'optique électronique. the electronic optical device according to the invention comprises a source of the electron beam, a set of lenses and a plate pierced with orifices to vary the opening of the electron beam, and it is characterized in that the plate is immobilized relative to the optical axis of said system, and in that it further comprises two deflection assemblies, one of which is arranged upstream of said plate, along the path of the electrons to allow the passage of the beam through the one of the orifices of the plate, and the other is arranged downstream of the plate to ensure the return of the beam on the optical axis of the electronic optics system.
Dans le dispositif faisant l'objet de l'invention, pour placer un orifice désiré sur le trajet du faisceau électronique en vue de la variation de son ouverture, on fait dévier le faisceau électronique par rapport à la plaque immobile percée d'orifices au moyen d'un champ déviateur et pour permettre une déviation désirée du faisceau, il suffit de régler dans les ensembles de-déviation, les valeurs adéquates des courants.Il est possible de déterminer au préalable et d'établir dans les sources d'alimentation des ensembles de déviation, ses valeurs des courants qui permettent d'orienter d'une façon précise le faisceau électronique vers chacun des orifices de la plaque Ainsi pour permettre le passage du système d optique électronique d' un régime de fonctionnement l'awu-re, il suffit de commuter les sorties des sources dza7imenJGatioll des ensembles de déviation sans aucun reglage complémentaire. De ce fait, le dispositif faisant l'objet de 2invention permet, d'une part, de réduire au minimum le temps de réglage et d'ajustage, et d'autre part, d'automatiser entièrement l'opération de variation de l'ouverture du faisceau électronique
Du fait qu'il est alors possible d'éviter tout déplacement mécanique de la plaque, le système selon l'invention présente des avantages supplémentaires consistant en l'amélioration tant des conditions de formation du faisceau électronique que des conditions de maintien du vide dans la colonne du système d'optique électronique, ceci en raison de l'élimination des éléments mobiles, pourvus de joints à vide, destinés à transmettre le mouvement vers l'espace intérieur dudit système.In the device which is the subject of the invention, to place a desired orifice on the path of the electron beam for the purpose of varying its opening, the electron beam is deflected with respect to the stationary plate pierced with orifices by means of a deflecting field and to allow a desired deflection of the beam, it suffices to adjust in the deflection sets, the appropriate values of the currents. It is possible to determine beforehand and establish in the power sources of the sets of deflection, its values of the currents which make it possible to orient the electron beam in a precise manner towards each of the orifices of the plate. Thus to allow the passage of the electronic optical system from an operating regime to the awu-re, it just switch the outputs of the dza7imenJGatioll sources of the deflection assemblies without any additional adjustment. Therefore, the device which is the subject of 2invention makes it possible, on the one hand, to reduce to a minimum the time of adjustment and adjustment, and on the other hand, to automate entirely the operation of variation of the electron beam opening
Since it is then possible to avoid any mechanical displacement of the plate, the system according to the invention has additional advantages consisting in improving both the conditions for formation of the electron beam and the conditions for maintaining the vacuum in the column of the electronic optical system, this due to the elimination of the mobile elements, provided with vacuum seals, intended to transmit the movement towards the interior space of said system.
L'invention va être décrite en détail en se référant à un mode de réalisation qui est illustré par le dessin annexé montrant une représentation schématique du système d'optique électronique faisant l'objet de l'invention. The invention will be described in detail with reference to an embodiment which is illustrated by the appended drawing showing a schematic representation of the electronic optical system forming the subject of the invention.
Le système d'optique électronique comporte une source du faisceau électronique, par exemple un canon électronique 1, une ou plusieurs lentilles de condenseur 2, situées directement derrière le canon électronique 1, une lentille de formation 3, disposée devant l'échantillon à étudier 4 et une plaque 5 percée d'orifices 6 de diamètre différent pour faire varier l'ouverture du faisceau électronique. Les lentilles 2 et 3 peuvent être constituées par des lentilles électromagnétiques ou électrostatiques. La plaque 5, se présentant par exemple sous la forme d'une feuille de molybdène épaisse de 0,1 mm, se dispose entre les lentilles 2 et 3 d'une façon immobile par rapport à l'axe optique du système, le plan de disposition de la plaque 5 étant perpendiculaire à l'axe optique du système. The electronic optical system comprises a source of the electron beam, for example an electronic gun 1, one or more condenser lenses 2, located directly behind the electronic gun 1, a training lens 3, placed in front of the sample to be studied 4 and a plate 5 pierced with orifices 6 of different diameter to vary the opening of the electron beam. The lenses 2 and 3 can be constituted by electromagnetic or electrostatic lenses. The plate 5, being for example in the form of a molybdenum sheet 0.1 mm thick, is arranged between the lenses 2 and 3 in a stationary manner relative to the optical axis of the system, the plane of arrangement of the plate 5 being perpendicular to the optical axis of the system.
lie nombre d'orifices 6 réalisés dans la plaque 5, ainsi que leurs diamètres, dépendent des régimes de fonctionnement de l'instrument comportant le système d'optique électronique en question. lies orifices 6 sont répartis suivant la plaque 5 de sorte qu'aucun d'eux ne soit situé sur l'axe optique du système. Cela permet de protéger la surface de l'échantillon 4 contre l'éclairage additionnel dt à la cathode(non représentée) du canon électronique 1. The number of orifices 6 made in the plate 5, as well as their diameters, depend on the operating modes of the instrument comprising the electronic optical system in question. the orifices 6 are distributed along the plate 5 so that none of them is located on the optical axis of the system. This protects the surface of the sample 4 against additional lighting dt at the cathode (not shown) of the electron gun 1.
La plaque 5 est montée dans un tube qui délimite le volume vide du système d'optique électronique. Pour simplifier le dessin, on n' a pas représenté le tube et la chambre raccordée à celui-ci et prévue pour l'emplacement de l'échantillon à étudier 4. The plate 5 is mounted in a tube which delimits the empty volume of the electronic optical system. To simplify the drawing, the tube and the chamber connected to it and provided for the location of the sample to be studied have not been shown 4.
Selon l'invention, le système d'optique électronique comporte également deux ensembles de déviation 7 et 8 situés symétriquement de part et d'autre de la plaque 5, hors de l'espace vide. L'ensemble de déviation 7, monté en amont ae la plaque 5 suivant le trajet des électrons, se compose de deux blocs 9 et 10 de bobines, chacun de ces blocs comprenant deux paires de bobines servant à faire dévier le faisceau électronique dans deux directions mutuellement perpendiculaires, c'est-à-dire suivant les axes X et Y. L'ensemble de déviation 8, monté en aval de la plaque 5 suivant le trajet des électrons, est formé également de deux blocs 11 et 12 de bobines, chacun des blocs se composant de deux paires de bobines permettant la déviation du faisceau électronique suivant les mêmes axes X et Y. According to the invention, the electronic optical system also comprises two deflection assemblies 7 and 8 located symmetrically on either side of the plate 5, outside the empty space. The deflection assembly 7, mounted upstream of the plate 5 along the path of the electrons, consists of two blocks 9 and 10 of coils, each of these blocks comprising two pairs of coils used to deflect the electron beam in two directions mutually perpendicular, that is to say along the axes X and Y. The deflection assembly 8, mounted downstream of the plate 5 along the path of the electrons, is also formed of two blocks 11 and 12 of coils, each blocks consisting of two pairs of coils allowing the deflection of the electron beam along the same X and Y axes.
Les bobines des deux ensembles de déviation 7 et 8, permettant de faire dévier le faisceau suivant un même axe, présentent les mêmes paramètres pour la déviation du faisceau aux angles égaux, les bobines correspondantes des blocs 9 et 12 ayant le sens de bobinage contraire à celui des bobines correspondantes des blocs 10 et 11. The coils of the two deflection assemblies 7 and 8, making it possible to deflect the beam along the same axis, have the same parameters for the deflection of the beam at equal angles, the corresponding coils of blocks 9 and 12 having the direction of winding contrary to that of the corresponding coils of blocks 10 and 11.
lies ensembles de déviation 7 et 8 sont alimentés par deux sources 15 de courant continu dont seulement l'une est figurée sur le dessin. L'une des sources 13 de courant continu est branchée sur les bobines des deux ensembles de déviation 7 et 8, prévus pour la déviation du faisceau suivant l'axe X, tandis que l'autre source est associée aux bobines permettant la déviation du faisceau suivant l'axe Y, les bobines servant à permettre la déviation suivant l'axe X, de même que les bobines assurant la déviation suivant l'axe
Y, étant couplées entre elles en série.the deflection assemblies 7 and 8 are supplied by two sources of direct current, only one of which is shown in the drawing. One of the direct current sources 13 is connected to the coils of the two deflection assemblies 7 and 8, provided for the deflection of the beam along the X axis, while the other source is associated with the coils allowing the deflection of the beam along the Y axis, the coils used to allow the deviation along the X axis, as well as the coils ensuring the deviation along the axis
Y, being coupled together in series.
Les sources 13 de courant continu présentent une haute stabilité et possèdent plusieurs sorties dont le nombre est égal à celui d'orifices 6 réalisés dans la plaque 5. La valeur de tension à établir au préalable sur chacune des sorties des sources 13 doit permettre le passage du faisceau électronique à travers l'un des orifices 6. The direct current sources 13 have high stability and have several outputs the number of which is equal to that of orifices 6 made in the plate 5. The voltage value to be established beforehand on each of the outputs of the sources 13 must allow passage of the electron beam through one of the holes 6.
Les sorties des sources 17 de courant continu sont branchées sur les ensembles de déviation 7 et 8 par l'intermédiaire de commutateurs il (le dessin ne représente qu'un seul commutataur) dont les contacts de commutation peuvent s ' associer mécaniquement. The outputs of the direct current sources 17 are connected to the deflection assemblies 7 and 8 by means of switches il (the drawing represents only one commutataur) whose switching contacts can be combined mechanically.
Le système proposé fonctionne de la façon suivante. The proposed system works as follows.
En fonction du régime de fonctionnement de l'instrument, les commutateurs 14 sont mis dans la position correspondant à la valeur désirée de l'ouverture du faisceau électronique. Le faisceau électronique 15, formé parle canon électronique 1, est focalisé au préalable par la lentille de condenseur 2 et s'introduit dans le champ magnétique crée par l'ensemble de déviation 7. lies bobines du bloc 9 font alors dévier le faisceau 15 dans la direction de l'orifice correspondant 6 de la plaque 5 jusqu'à l'intersection avec l'axe de cet orifice, tandis que les bobines du bloc 10 assurent la déviation du faisceau 15 au même angle dans la direction opposée, de sorte que le faisceau 15 passe à travers l'orifice 6 choisi suivant son axe, c'est-i-dire parallèlement à l'axe optique du système.Lorsque le faisceau 15 traverse l'orifice 6, son ouverture varie jusqu'à une valeur qui est fonction du diamètre de cet orifice. Depending on the operating regime of the instrument, the switches 14 are set to the position corresponding to the desired value of the opening of the electron beam. The electron beam 15, formed by electron gun 1, is focused beforehand by the condenser lens 2 and is introduced into the magnetic field created by the deflection assembly 7. The coils of block 9 then deflect the beam 15 in the direction of the corresponding orifice 6 of the plate 5 up to the intersection with the axis of this orifice, while the coils of the block 10 ensure the deflection of the beam 15 at the same angle in the opposite direction, so that the beam 15 passes through the orifice 6 chosen along its axis, that is to say parallel to the optical axis of the system. When the beam 15 crosses the orifice 6, its opening varies up to a value which is a function of the diameter of this orifice.
Derrière la plaque 5, le faisceau électronique 15 se soumet à l'action du champ magnétique crée par l'ensemble de déviation 8. lies bobines du bloc 11 dirigent le faisceau 15, passant suivant l'axe de l'orifice 6 choisi vers l'axe optique su système, tandis que les bobines du bloc 12 font dévier le faisceau au m8me angle en direction opposée, en permettant son retour sur l'axe optique du système. Behind the plate 5, the electron beam 15 is subjected to the action of the magnetic field created by the deflection assembly 8. The coils of the block 11 direct the beam 15, passing along the axis of the orifice 6 chosen towards the optical axis of the system, while the coils of block 12 deflect the beam at the same angle in the opposite direction, allowing it to return to the optical axis of the system.
Ensuite le faisceau 15 subit la formation par la lentille 3 et attaque l'échantillon à étudier 4. Then the beam 15 undergoes formation by the lens 3 and attacks the sample to be studied 4.
Le changement des orifices 6 suivant le trajet du faisceau électronique 15 s'effectue par la variation des courants dans les ensembles de déviation 7 et 8 au moyen des commutateurs 14 qui peuvent être montés sur le pupitre de commande de l'instrument. The change of the orifices 6 along the path of the electron beam 15 is effected by the variation of the currents in the deflection assemblies 7 and 8 by means of the switches 14 which can be mounted on the control console of the instrument.
L'invention s'applique avantageusement à des instruments tels que microscopes électroniques par transmission et à balayage, microanalyseurs à rayons X et ainsi de suite, qui réclament une haute précision de réglage et d'ajustage du système d'optique électronique. The invention advantageously applies to instruments such as transmission and scanning electron microscopes, X-ray microanalysers and so on, which require high precision in the adjustment and adjustment of the electronic optical system.
Claims (1)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8016837A FR2488043A1 (en) | 1980-07-30 | 1980-07-30 | Probe dia. variation device for electron beam analysis - uses two beam deflectors and has fixed multi-aperture plate |
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| FR8016837A FR2488043A1 (en) | 1980-07-30 | 1980-07-30 | Probe dia. variation device for electron beam analysis - uses two beam deflectors and has fixed multi-aperture plate |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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