RU2572806C1 - Magnetic immersion lens for emission electron microscope - Google Patents
Magnetic immersion lens for emission electron microscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572806C1 RU2572806C1 RU2014137314/07A RU2014137314A RU2572806C1 RU 2572806 C1 RU2572806 C1 RU 2572806C1 RU 2014137314/07 A RU2014137314/07 A RU 2014137314/07A RU 2014137314 A RU2014137314 A RU 2014137314A RU 2572806 C1 RU2572806 C1 RU 2572806C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- gap
- optical axis
- anode
- tip
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к электронным линзам, а точнее к иммерсионным магнитным объективам, и может быть использовано при формировании эмиссионного изображения исследуемого объекта на люминесцентном экране эмиссионного электронного микроскопа.The invention relates to electronic lenses, and more specifically to immersion magnetic lenses, and can be used in the formation of the emission image of the investigated object on the luminescent screen of the emission electron microscope.
Иммерсионный магнитный объектив предназначен для формирования качественной эмиссионной картины с большим электронно-оптическим увеличением при изучении топологии поверхности, например термокатодов.The immersion magnetic lens is designed to form a high-quality emission picture with a large electron-optical magnification when studying the surface topology, for example, thermal cathodes.
Известен иммерсионный магнитный объектив для эмиссионного электронного микроскопа [1]. Объектив содержит герметичный корпус с верхним и нижним полюсными наконечниками, выполненными из магнитопроводящего материала, объектодержатель и катушку возбуждения.Known immersion magnetic lens for emission electron microscope [1]. The lens contains a sealed housing with upper and lower pole tips made of magnetically conductive material, an object holder and an excitation coil.
Основным недостатком такого объектива является наличие разрыва в магнитопроводе для размещения в нем изолятора, крепящего верхний полюсный наконечник, что приводит к большой потере напряженности магнитного поля в зазоре размещения объекта и не позволяет сфокусировать эмиссионное изображение достаточно четко. Следовательно, не обеспечивает электронно-оптического увеличения при наблюдении эмиссионных объектов с малыми размерами эмиссионных зон.The main disadvantage of such a lens is the presence of a gap in the magnetic circuit to accommodate an insulator in it, which fastens the upper pole tip, which leads to a large loss of magnetic field strength in the object placement gap and does not allow focusing the emission image quite clearly. Therefore, it does not provide electron-optical magnification when observing emission objects with small sizes of emission zones.
Известен иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа - прототип [2]. Объектив содержит герметичный корпус с верхним и нижним полюсными наконечниками из магнитопроводящего материала, объектодержатель с объектом. Верхний полюсный наконечник является анодом и выполнен из двух частей с разрывом между ними в виде щели в плоскости, перпендикулярной оптической оси. Две части верхнего полюсного наконечника соединены между собой кольцом из немагнитного материала. Нижний полюсный наконечник выполнен с возможностью осевого перемещения. Повышение электронно-оптического увеличения достигается за счет возникновения на оптической оси дополнительной магнитной линзы, образующейся в щели.Known immersion magnetic lens emission electron microscope - prototype [2]. The lens contains a sealed housing with upper and lower pole lugs of magnetically conductive material, an object holder with an object. The upper pole tip is an anode and is made of two parts with a gap between them in the form of a gap in a plane perpendicular to the optical axis. Two parts of the upper pole piece are interconnected by a ring of non-magnetic material. The lower pole piece is axially movable. The increase in electron-optical magnification is achieved due to the appearance on the optical axis of an additional magnetic lens formed in the gap.
Недостатками такого объектива являются:The disadvantages of this lens are:
- недостаточное электронно-оптическое увеличение и качество изображения при исследовании изделий с малыми размерами эмитирующей поверхности;- insufficient electron-optical magnification and image quality in the study of products with small dimensions of the emitting surface;
- возможность возникновения электрического пробоя между заземленным объектом исследования и нижней частью верхнего полюсного наконечника при исследовании объектов, имеющих острийные выступы.- the possibility of electrical breakdown between the grounded object of study and the lower part of the upper pole piece when examining objects having pointed protrusions.
Техническим результатом изобретения является повышение электронно-оптического увеличения при сохранении оптической базы микроскопа, улучшение качества эмиссионного изображения и расширение номенклатуры исследуемых объектов.The technical result of the invention is to increase the electron-optical magnification while maintaining the optical base of the microscope, improving the quality of the emission image and expanding the range of objects under study.
Технический результат достигается тем, что иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа содержит корпус с верхним и нижним полюсными наконечниками из магнитопроводящего материала с продольным каналом по оптической оси системы, в зазоре между которыми размещен объектодержатель с объектом. Верхний полюсный наконечник является анодом, изолирован от корпуса и выполнен из двух частей с разрывом между ними в виде щели в плоскости, перпендикулярной оптической оси. Нижний полюсный наконечник выполнен с возможностью осевого перемещения. Нижняя часть верхнего наконечника закреплена на корпусе через изолятор. Верхний наконечник помещен в экранирующий электрод, который выполнен из немагнитного материала в виде усеченного конуса, соосного оптической оси, закрепленный на корпусе. Причем торцевые поверхности нижней части анода и конуса ограничены единой плоскостью.The technical result is achieved by the fact that the immersion magnetic objective of the emission electron microscope comprises a housing with upper and lower pole tips of magnetically conductive material with a longitudinal channel along the optical axis of the system, in the gap between which an object holder with an object is placed. The upper pole tip is an anode, isolated from the housing and made of two parts with a gap between them in the form of a gap in a plane perpendicular to the optical axis. The lower pole piece is axially movable. The lower part of the upper tip is fixed to the housing through an insulator. The upper tip is placed in a shielding electrode, which is made of non-magnetic material in the form of a truncated cone, coaxial to the optical axis, mounted on the housing. Moreover, the end surfaces of the lower part of the anode and cone are bounded by a single plane.
Нижняя часть верхнего наконечника закреплена на корпусе через изолятор, что позволяет подавать на каждую часть анода разные по величине электрические потенциалы. В случае, когда высокий потенциал подан на верхнюю часть анода (верхнюю часть верхнего наконечника), а более низкий потенциал на нижнюю часть анода (нижнюю часть верхнего наконечника), в щели объектива образуется рассеивающая электростатическая линза, увеличивающая эмиссионное изображение на экране микроскопа. А если потенциалы поданы наоборот, то образуется собирающаяся электростатическая линза, уменьшающая эмиссионное изображение на экране микроскопа.The lower part of the upper tip is fixed to the housing through an insulator, which allows to supply electric potentials of different magnitude to each part of the anode. In the case where a high potential is applied to the upper part of the anode (upper part of the upper tip), and lower potential to the lower part of the anode (lower part of the upper tip), a dissipating electrostatic lens is formed in the lens slit, increasing the emission image on the microscope screen. And if the potentials are applied on the contrary, a collecting electrostatic lens is formed, which reduces the emission image on the microscope screen.
Чтобы повысить качество эмиссионного изображения за счет уменьшения ионной бомбардировки объекта исследования, на верхнюю часть анода подают электрический потенциал ниже чем потенциал на нижней части анода.To improve the quality of the emission image by reducing the ion bombardment of the test object, an electric potential lower than the potential on the lower part of the anode is supplied to the upper part of the anode.
Верхний наконечник помещен в экранирующий электрод, выполненный из немагнитного материала в виде усеченного конуса, соосного оптической оси, и закрепленный на корпусе. Экранирующий электрод как и объект находится под потенциалом земли. Что позволяет устранить электрический пробой, который может возникнуть при исследовании объектов с острийными частями.The upper tip is placed in a shielding electrode made of non-magnetic material in the form of a truncated cone, coaxial to the optical axis, and mounted on the housing. The screening electrode, like the object, is under the ground potential. This allows you to eliminate the electrical breakdown that may occur during the study of objects with tip parts.
Торцевые поверхности нижней части верхнего наконечника и конуса ограничены единой плоскостью, что обеспечивает оптимальную работу анода, то есть объект может быть приближен к аноду на расстояние, при котором не возникает электрический пробой.The end surfaces of the lower part of the upper tip and the cone are limited by a single plane, which ensures optimal operation of the anode, that is, the object can be approached to the anode at a distance at which electrical breakdown does not occur.
Иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа поясняется чертежом.The immersion magnetic objective of the emission electron microscope is illustrated in the drawing.
На фиг. 1 представлен иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа, где:In FIG. 1 shows an immersion magnetic objective of an emission electron microscope, where:
фланец 1;flange 1;
корпус 2;Pavilion 2;
верхний полюсный наконечник 3;top pole piece 3;
нижний полюсный наконечник 4;bottom pole piece 4;
объектодержатель 5;object holder 5;
объект 6;object 6;
верхняя часть верхнего полюсного наконечника 7;the upper part of the upper pole piece 7;
нижняя часть верхнего полюсного наконечника 8;the lower part of the upper pole piece 8;
изолятор 9;insulator 9;
изолятор 10;insulator 10;
экранирующий электрод 11,shielding electrode 11,
катушка фокусирующая 12,focusing coil 12,
сильфонный привод 13,bellows actuator 13,
s - ширина щели,s is the width of the slit,
d - ширина зазора,d is the width of the gap,
Пример.Example.
Иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа для исследования термокатодов содержит закрепленный на фланце 1 корпус 2, выполненный из стали 10895(АРМКО), который является магнитопроводом. Соосные между собою верхний 3 и нижний 4 полюсные наконечники, выполненные из стали 10895(АРМКО), с продольным каналом по оптической оси системы. В зазоре между полюсными наконечниками 3 и 4, шириной d, равной около 10 мм, на объектодержателе 5 закреплены термокатоды 6.An immersion magnetic objective of an emission electron microscope for studying thermal cathodes comprises a housing 2 mounted on a flange 1 and made of steel 10895 (ARMKO), which is a magnetic circuit. Coaxial between themselves the upper 3 and lower 4 pole pieces made of steel 10895 (ARMCO), with a longitudinal channel along the optical axis of the system. In the gap between the pole pieces 3 and 4, with a width d of about 10 mm, thermal cathodes 6 are fixed on the object holder 5.
Нижний полюсный наконечник 4 может перемещаться по оси с помощью сильфонного привода 13.The lower pole piece 4 can be moved axially using a bellows actuator 13.
Верхний полюсный наконечник 3 разделен на две части 7 и 8 щелью шириной s, равной 2 мм. Верхняя часть 7 верхнего полюсного наконечника 3 крепится к корпусу 2 изолятором 9, выполненным из керамики 22ХС, а нижняя часть 8 верхнего полюсного наконечника 3 крепится к корпусу 2 изолятором 10, выполненным из 22ХС. Верхний наконечник 3 помещен в экранирующий электрод 11, выполненный из нержавеющей стали X18Н10Т в виде усеченного конуса, соосного оптической оси, который закреплен на корпусе 2. Торцевые поверхности нижней части анода 8 и конуса электрода 11 ограничены единой плоскостью. Фокусирующая катушка 12 предназначена для создания магнитного поля в щели и зазоре.The upper pole piece 3 is divided into two parts 7 and 8 by a slit of width s equal to 2 mm. The upper part 7 of the upper pole piece 3 is attached to the housing 2 by an insulator 9 made of 22XC ceramics, and the lower part 8 of the upper pole piece 3 is attached to the housing 2 by an insulator 10 made of 22XC. The upper tip 3 is placed in the shielding electrode 11, made of stainless steel X18H10T in the form of a truncated cone, coaxial to the optical axis, which is mounted on the housing 2. The end surfaces of the lower part of the anode 8 and the cone of the electrode 11 are bounded by a single plane. The focusing coil 12 is designed to create a magnetic field in the gap and gap.
Объектив работает следующим образом.The lens works as follows.
Фланец 1 прикрепляют к камере эмиссионного электронного микроскопа. Термокатод 6 закрепляют на объектодержателе 5 и помещают в корпус 2. Камеру микроскопа откачивают до высокого вакуума (приблизительно 1·10-5Па). Термокатоды 6 нагревают до получения термоэмиссии. Высокий потенциал(примерно 20Кв) подают на верхнюю часть анода (верхняя часть 7 верхнего наконечника 3) и низкий потенциал (примерно 15 Кв) подают на нижнюю часть анода (нижняя часть 8 верхнего наконечника 3). Включают фокусирующую катушку 12 и получают на экране микроскопа нефокусированное эмиссионное изображение. Изменяя ширину зазора d, перемещая нижний наконечник 4 сильфонным приводом 13, повышают четкость изображения. Ширина зазора d может быть от 5 мм до 25 мм в зависимости от габаритов исследуемого объекта.Flange 1 is attached to the camera emission electron microscope. The thermal cathode 6 is fixed on the object holder 5 and placed in the housing 2. The microscope chamber is pumped out to high vacuum (approximately 1 · 10 -5 Pa). Thermal cathodes 6 are heated to obtain thermal emission. A high potential (approximately 20 KV) is applied to the upper part of the anode (upper part 7 of the upper tip 3) and a low potential (approximately 15 KV) is supplied to the lower part of the anode (lower part 8 of the upper tip 3). The focusing coil 12 is turned on and an unfocused emission image is obtained on the microscope screen. By changing the width of the gap d, moving the lower tip 4 with a bellows drive 13, increase the clarity of the image. The gap width d can be from 5 mm to 25 mm, depending on the dimensions of the object under study.
Далее, чтобы повысить качество эмиссионного изображения за счет уменьшения ионной бомбардировки объекта исследования, на верхней части 7 верхнего наконечника 3 оставляют электрический потенциал 20Кв, а на нижнюю часть 8 верхнего наконечника 3 подают 30Кв. Из-за наличия разности потенциалов основная масса ионов микроскопа движется в сторону экрана и лишь небольшая часть ионов направляется к объекту.Further, in order to improve the quality of the emission image by reducing the ion bombardment of the test object, an electric potential of 20 kV is left on the upper part 7 of the upper tip 3, and 30 kV is supplied to the lower part 8 of the upper tip 3. Due to the potential difference, the bulk of the ions of the microscope moves toward the screen and only a small part of the ions is directed toward the object.
Использование предлагаемого устройства в экспериментальном образце позволило получить магнитный объектив с повышенным электронно-оптическим увеличением в 2 раза при сохранении оптической базы микроскопа. При оптической базе микроскопа L=350 мм электронно-оптическое увеличение с объективом-прототипом составляло до 300 - крат, а с нашим образцом составило 600-крат.Using the proposed device in an experimental sample made it possible to obtain a magnetic lens with a 2-fold increased electron-optical magnification while maintaining the optical base of the microscope. With the optical base of the microscope L = 350 mm, the electron-optical magnification with the prototype lens was up to 300 times, and with our sample it was 600 times.
Магнитный объектив позволяет исследовать объекты с острийными частями.The magnetic lens allows you to explore objects with tip parts.
Ионная бомбардировка в микроскопе с помощью предлагаемого объектива уменьшилась в 30 раз, что позволило получить более качественное изображение.Ion bombardment in a microscope using the proposed lens decreased by 30 times, which allowed to obtain a better image.
Источники информацииInformation sources
1. Авторское свидетельство СССР №241560, М.Кл. H01J 37/10.1. USSR author's certificate No. 241560, M.Kl. H01J 37/10.
2. Патент RU №2002329, МПК H01J 3/20 - прототип.2. Patent RU No. 2002329, IPC H01J 3/20 - prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014137314/07A RU2572806C1 (en) | 2014-09-15 | 2014-09-15 | Magnetic immersion lens for emission electron microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014137314/07A RU2572806C1 (en) | 2014-09-15 | 2014-09-15 | Magnetic immersion lens for emission electron microscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2572806C1 true RU2572806C1 (en) | 2016-01-20 |
Family
ID=55087050
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014137314/07A RU2572806C1 (en) | 2014-09-15 | 2014-09-15 | Magnetic immersion lens for emission electron microscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2572806C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1045309A1 (en) * | 1978-05-22 | 1983-09-30 | Предприятие П/Я М-5912 | Optronic system |
GB2161018A (en) * | 1984-04-17 | 1986-01-02 | Jeol Ltd | Electron microscope lenses |
RU2002329C1 (en) * | 1991-06-25 | 1993-10-30 | Государственное научно-производственное предпри тие "Исток" | Oil immersion magnetic lens of field-emission electron microscope |
US6858843B1 (en) * | 2002-06-21 | 2005-02-22 | Kla-Tencor Technologies Corporation | Immersion objective lens for e-beam inspection |
US8698093B1 (en) * | 2007-01-19 | 2014-04-15 | Kla-Tencor Corporation | Objective lens with deflector plates immersed in electrostatic lens field |
-
2014
- 2014-09-15 RU RU2014137314/07A patent/RU2572806C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1045309A1 (en) * | 1978-05-22 | 1983-09-30 | Предприятие П/Я М-5912 | Optronic system |
GB2161018A (en) * | 1984-04-17 | 1986-01-02 | Jeol Ltd | Electron microscope lenses |
RU2002329C1 (en) * | 1991-06-25 | 1993-10-30 | Государственное научно-производственное предпри тие "Исток" | Oil immersion magnetic lens of field-emission electron microscope |
US6858843B1 (en) * | 2002-06-21 | 2005-02-22 | Kla-Tencor Technologies Corporation | Immersion objective lens for e-beam inspection |
US8698093B1 (en) * | 2007-01-19 | 2014-04-15 | Kla-Tencor Corporation | Objective lens with deflector plates immersed in electrostatic lens field |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4215282B2 (en) | SEM equipped with electrostatic objective lens and electrical scanning device | |
JP5239026B2 (en) | Device for field emission of particles and manufacturing method | |
TWI557769B (en) | Electron beam wafer inspection system and method for operation thereof | |
JP5023199B2 (en) | Charged particle beam emission system | |
JP6117778B2 (en) | Multi-column electron beam apparatus and method | |
JP2014220241A5 (en) | ||
JP2005310778A (en) | Particle optical device equipped with lens having permanent magnet material | |
TW201209877A (en) | Charged particle apparatus | |
JP2006324119A (en) | Electron gun | |
JP2014165174A5 (en) | ||
JP2022543748A (en) | Devices and systems with extraction assemblies for wide-angle ion beams | |
US10062546B2 (en) | Sample holder and focused-ion-beam machining device provided therewith | |
CN110431649B (en) | Charged particle beam device | |
RU2572806C1 (en) | Magnetic immersion lens for emission electron microscope | |
RU2579458C1 (en) | Magnetic immersion lens for emission electron microscope | |
JP2011171296A (en) | Device which focuses and accumulates ions, and device which separates pressure region | |
JP2014107012A (en) | Icp mass spectrometer | |
JP7190436B2 (en) | Ion source device | |
CN109076689B (en) | Permanent magnet particle beam apparatus and method incorporating adjustable non-magnetic metal portion | |
US10297413B2 (en) | Method and device for the production of highly charged ions | |
JP2016139530A (en) | Charged particle beam device | |
KR101968549B1 (en) | A small cone type microwave ecr plasma source for ion beam figuring and injection | |
RU2181515C2 (en) | Method for producing panoramic image in raster electron microscope | |
PL232281B1 (en) | Coaxial ion micro-source and the scanning electron microscope | |
KR20150101539A (en) | Micro-column having a source lens which comprises four electrodes with improved probe current |