RU2019885C1

RU2019885C1 - Pulse system for electron-beam microprobe devices

Info

Publication number: RU2019885C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Рыбалко
Original assignee: Научно-техническое кооперативное предприятие "Акцепт"
Priority date: 1991-03-25
Filing date: 1991-03-25
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: electron- and ion-beam microprobe systems. SUBSTANCE: system has electron gun 1, the first capacitor 2, the second capacitor 3, strobe-system 4, limiting diaphragm 5, objective lens 6, raster system 7, deflection quadrupole systems 8, additional deflecting electro-mechanical element 9, corresponding couplings. EFFECT: improved precision; improved efficiency. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в электронно- и ионнолучевых микрозондовых системах. The invention relates to a pulse technique and can be used in electron and ion beam microprobe systems.

Известно устройство, состоящее из последовательно расположенных электронной пушки, пары плоских отклоняющих пластин с СВЧ-генератором напряжений, обрезающей диафрагмы конденсорного блока и объективной линзы [1]. A device is known consisting of a sequentially located electron gun, a pair of flat deflecting plates with a microwave voltage generator, cutting off the diaphragm of the condenser unit and the objective lens [1].

Недостатком устройства является сравнительно низкий диапазон реализуемых частот стробирования пучка. Верхний предел частот не превышает рабочей частоты СВЧ-генератора. The disadvantage of this device is the relatively low range of realized gating frequencies of the beam. The upper frequency limit does not exceed the operating frequency of the microwave generator.

Прототипом изобретения является устройство, состоящее из последовательно расположенных источника пучка заряженных частиц, конденсорного блока, двух плоских квадруполей, соединенных с СВЧ-генератором, обрезающей диафрагмы с набором радиальных щелевых отверстий, которая установлена в фокусной плоскости конденсорного блока [2]. The prototype of the invention is a device consisting of a sequentially located source of a beam of charged particles, a condenser block, two flat quadrupoles connected to a microwave generator, cutting a diaphragm with a set of radial slotted holes, which is installed in the focal plane of the condenser block [2].

Недостатком прототипа является сложность конструкции и настройки такого устройства. Это объясняется тем фактом, что конденсорный блок одновременно использован и для фокусировки пучка и для компенсации отклонения пучка квадрупольными электростатическими отклоняющими системами. Таким образом при необходимости изменения условий формирования электронного пучка возникает необходимость перестройки параметров системы стробирования пучка. Особую сложность представляет юстировка элементов системы, а уход их взаимных осей приводит к искажению амплитудно-частотных характеристик системы. Кроме того, из-за взаимного влияния на условия формирования стробимпульсов как фокусирующих электромагнитных, так и электростатических отклоняющих элементов, надежность системы в целом снижается, так как выход из заданного режима любой из двух составляющих системы приводит к выходу из рабочего режима всей системы. К тому же и короткофокусный режим работы конденсорного блока снижает надежность работы системы в целом, так как ужесточает допуск на колебания фокусного расстояния конденсора. И, наконец, прототип достаточно сложен из-за того, что требует введения в конденсорный блок дополнительно двух магнитных линз, работа которых должна быть синхронизирована с работой стробсистемы. The disadvantage of the prototype is the complexity of the design and configuration of such a device. This is due to the fact that the condenser unit is simultaneously used to focus the beam and to compensate for the deflection of the beam by quadrupole electrostatic deflecting systems. Thus, if it is necessary to change the conditions for the formation of an electron beam, it becomes necessary to reconstruct the parameters of the beam gating system. Of particular difficulty is the adjustment of system elements, and the departure of their mutual axes leads to a distortion of the amplitude-frequency characteristics of the system. In addition, due to the mutual influence on the conditions of the formation of strobe pulses of both focusing electromagnetic and electrostatic deflecting elements, the reliability of the system as a whole decreases, since the exit from the set mode of any of the two components of the system leads to the exit from the operating mode of the entire system. In addition, the short-focus mode of operation of the condenser unit reduces the reliability of the system as a whole, as it tightens the tolerance on fluctuations in the focal length of the condenser. And finally, the prototype is quite complicated due to the fact that it requires the introduction of an additional two magnetic lenses into the condenser unit, the operation of which must be synchronized with the operation of the strobe system.

Целью изобретения является упрощение конструкции системы и повышение ее надежности, а также упрощение ее настройки. The aim of the invention is to simplify the design of the system and increase its reliability, as well as simplifying its configuration.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в состав системы введен дополнительный отклоняющий электростатический элемент, размещенный в одной плоскости с обрезающей диафрагмой, которая расположена вне поля конденсора, а обе квадрупольные отклоняющие системы размещены после конденсорного блока, причем электростатический отклоняющий элемент электрически соединен с блоком питания. Кроме того, дополнительный электростатический элемент выполнен в виде квадруполя, электрически соединен с СВЧ-выходом блока питания. В другом варианте дополнительный отклоняющий элемент выполнен в виде металлического кольца, соосно установленного с обрезающей диафрагмой и электрически соединенного с постоянным выходом отрицательной полярности блока питания. И наконец, квадрупольные элементы расположены на расстоянии от конденсорного блока не менее чем диаметр внутреннего канала последнего. The goal is achieved due to the fact that the system includes an additional deflecting electrostatic element located in the same plane as the cutting diaphragm, which is located outside the condenser field, and both quadrupole deflecting systems are located after the condenser unit, and the electrostatic deflecting element is electrically connected to the power supply. In addition, an additional electrostatic element is made in the form of a quadrupole, is electrically connected to the microwave output of the power supply. In another embodiment, the additional deflecting element is made in the form of a metal ring coaxially mounted with a cutting diaphragm and electrically connected to a constant output of negative polarity of the power supply. And finally, the quadrupole elements are located at a distance from the condenser unit not less than the diameter of the inner channel of the latter.

Сущность заявленного технического решения определяется следующий совокупностью существенных отличительных признаков. The essence of the claimed technical solution is determined by the following set of essential distinguishing features.

Признаки, связанные с введением в состав импульсной системы дополнительного электростатического отклоняющего элемента и размещение квадрупольных отклоняющих систем на расстоянии от конденсорного блока большем, чем диаметр его внутреннего канала, исключает взаимное влияние режимов работы системы стробирования и фокусирующей системы. The signs associated with the introduction of an additional electrostatic deflecting element into the pulse system and the placement of quadrupole deflecting systems at a distance from the condenser unit greater than the diameter of its internal channel excludes the mutual influence of the operating modes of the gating system and the focusing system.

Признак, связанный с совмещением в одной плоскости обрезающей диафрагмы и дополнительного электростатического отклоняющего электрода, необходим для упрощения настройки стробирующей системы, так как при асимметричном их размещении вывод отклоняющего пучка на ось симметрии объективной линзы потребовал бы регулировки соотношения напряжений не только между этим электродом и квадруполями, но и соотношения потенциалов между квадруполями, т.е. пришлось бы подавать отличающиеся и строго сбалансированные потенциалы на верхнюю и нижнюю квадрупольные отклоняющие системы, что, очевидно, усложнило бы конструкцию, так как потребовало бы дополнительный источник питания, но и снизило бы надежность системы в целом, так как в реализуемом варианте квадруполи могут быть просто соединены накоротко и питаться от одного СВЧ-источника. A sign associated with the combination of a trimming diaphragm and an additional electrostatic deflecting electrode in one plane is necessary to simplify the adjustment of the gating system, since if they were placed asymmetrically, the output of the deflecting beam to the symmetry axis of the objective lens would require adjustment of the voltage ratio not only between this electrode and quadrupoles, but also the ratio of potentials between quadrupoles, i.e. it would be necessary to apply different and strictly balanced potentials to the upper and lower quadrupole deflecting systems, which would obviously complicate the design, since it would require an additional power source, but would also reduce the reliability of the system as a whole, since in the implemented version the quadrupoles can simply be short-circuited and powered by a single microwave source.

Признак, связанный с размещением квадруполей, а следовательно, и диафрагмы на большем чем в прототипе расстоянии от конденсорного блока, кроме указанных факторов, также обеспечивает достижение цели изобретения и благодаря тому, что конденсор в заявленном варианте работает в длиннофокусном (т.е. ненасыщенном) режиме. Это приводит к тому, что, во-первых, упрощается конструкция конденсора, так как известно, что "тонкая линза" (а именно в этом режиме работает конденсор) менее чувствительна к разъюстировке. Во-вторых, система становится более устойчивой к колебаниям ускоряющего напряжения или токам возбуждения конденсора из-за того, что в длиннофокусном режиме глубина фокуса линзы (конденсора) увеличивается, а следовательно, в более широких диапазонах колебаний параметров фокусирующей системы обрезающая диафрагма будет находиться в пределах глубины резкости конденсора. Другими словами, данный признак позволяет упростить систему и повысить ее надежность. The sign associated with the placement of the quadrupoles, and hence the diaphragm at a distance greater than the prototype from the condenser unit, in addition to these factors, also ensures the achievement of the purpose of the invention and due to the fact that the condenser in the claimed embodiment operates in long-focus (i.e., unsaturated) mode. This leads to the fact that, firstly, the design of the condenser is simplified, since it is known that the "thin lens" (namely, the condenser works in this mode) is less sensitive to misalignment. Secondly, the system becomes more resistant to accelerating voltage fluctuations or condenser excitation currents due to the fact that in the telephoto mode the depth of focus of the lens (condenser) increases, and therefore, in a wider range of oscillations of the parameters of the focusing system, the trimming diaphragm will be within depth of field condenser. In other words, this feature allows you to simplify the system and increase its reliability.

На чертеже показана предлагаемая система. The drawing shows the proposed system.

Система содержит электронную пушку 1, первый конденсор 2, второй конденсор 3, стробсистему 4, обрезающую диафрагму 5, объективную линзу 6, растровую систему 7, квадрупольные отклоняющие системы 8, дополнительный электростатический отклоняющий элемент 9. The system contains an electron gun 1, a first capacitor 2, a second capacitor 3, a strobe system 4, a trimming aperture 5, an objective lens 6, a raster system 7, quadrupole deflecting systems 8, an additional electrostatic deflecting element 9.

Предлагаемая система работает следующим образом. The proposed system works as follows.

Электронный пучок, генерированный пушкой 1, фокусируется с помощью конденсора 2 и уменьшенное изображение кроссовера пушки 1 с помощью конденсора 3 совмещается с плоскостью обрезающей диафрагмы 5. При этом пучок стробируется с помощью стробсистемы 4. После этого пучок с объективной линзой 6 фокусируется на поверхности объекта и сканируется по нему растровой системой 7. Стробирование пучка происходит следующим образом. Полем верхнего квадруполя пучок отклоняется от оси и перемещается по круговой траектории по диафрагме 5. С помощью полей, создаваемых дополнительной электростатической отклоняющей системой 9 и нижним квадруполем, пучок возвращается на ось системы после прохождения стробсистемы 4. The electron beam generated by the gun 1 is focused using a capacitor 2 and the reduced image of the crossover of the gun 1 using a capacitor 3 is aligned with the plane of the cutting diaphragm 5. In this case, the beam is gated with a strobe system 4. After that, the beam with an objective lens 6 is focused on the surface of the object and scanned by a raster system 7. The gating of the beam is as follows. By the field of the upper quadrupole, the beam deviates from the axis and moves along a circular path along the diaphragm 5. Using the fields created by the additional electrostatic deflecting system 9 and the lower quadrupole, the beam returns to the axis of the system after passing through the strobe system 4.

Предлагаемая система проста в эксплуатации и позволяет независимо друг от друга изменять режимы работы как фокусирующей электронно-оптической системы, так и стробсистемы. The proposed system is easy to operate and allows you to independently change the operating modes of both the focusing electron-optical system and the strobe system.

Claims

1. PULSE SYSTEM FOR ELECTRON-BEAM MICROPROBE DEVICES, consisting of a power supply unit, which has constant current and voltage outputs and microwave outputs, electrically connected to a coaxially arranged electron gun, a condenser unit, an objective lens and two quadruple lenses mounted above the objective electrostatic lenses systems between which a cutting diaphragm with radial slotted holes is installed, characterized in that, in order to simplify the design of the system, as well as increase is, reliability of the system introduced by the additional electrostatic deflection element disposed in the focal plane of the condenser along with clipping aperture which is disposed outside the field of the condenser, and the two quadrupole deflection system placed after the condensing unit, wherein the additional electrostatic deflection element is electrically connected to the power supply.

2. The system according to claim 1, characterized in that the additional electrostatic deflecting element is made in the form of a quadrupole, is electrically connected to the microwave output of the power supply.

3. The system according to claim 1, characterized in that the additional deflecting element is made in the form of a metal ring coaxial with the cutting diaphragm and electrically connected to a constant output of negative polarity of the power supply.

4. The system according to claim 1, characterized in that the quadrupole elements are located at a distance from the condenser unit no less than the diameter of the internal channel of the condenser unit.