RU2364004C1 - Power filter for corpuscular-optical system of image construction and transmission - Google Patents
Power filter for corpuscular-optical system of image construction and transmission Download PDFInfo
- Publication number
- RU2364004C1 RU2364004C1 RU2008110256/28A RU2008110256A RU2364004C1 RU 2364004 C1 RU2364004 C1 RU 2364004C1 RU 2008110256/28 A RU2008110256/28 A RU 2008110256/28A RU 2008110256 A RU2008110256 A RU 2008110256A RU 2364004 C1 RU2364004 C1 RU 2364004C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- energy
- arm
- output
- magnetic deflector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к корпускулярно-оптическому приборостроению и может быть использовано при конструировании корпускулярно-оптических систем формирования и передачи изображения (КОСФПИ) с возможностью энергофильтрации и/или прецизионного энергоанализа. Предпочтительными областями его использования являются эмиссионные электронная микроскопия и энергоспектроскопия объектов микро- и нанотехнологии, зеркальная электронная микроскопия, вторично-эмиссионная ионная микроскопия, микро- и нанолитография, а также времяпролетные электронные энергоспектроскопия и микроскопия.The invention relates to corpuscular-optical instrumentation and can be used in the design of corpuscular-optical systems for the formation and transmission of images (KOSPPI) with the possibility of energy filtration and / or precision energy analysis. Preferred fields of its use are emission electron microscopy and energy spectroscopy of micro- and nanotechnology objects, specular electron microscopy, secondary emission ion microscopy, micro- and nanolithography, and also time-of-flight electron energy spectroscopy and microscopy.
Известен энергетический Омега-фильтр для КОСФПИ, входное и выходное плечи которого расположены на оптической оси упомянутой корпускулярно-оптической системы, содержащий установленные по направлению передачи изображения первый магнитный дефлектор (МД1), энергоанализатор, образованный магнитными секторами, второй магнитный дефлектор (МД2) и энергетическую диафрагму (ЭД). МД1 выполняет функцию направления информационного корпускулярного пучка (ИКП) к энергоанализатору (здесь и далее под ИКП подразумевается корпускулярный пучок, передающий изображение исследуемого участка поверхности образца или дифракционной картины, сформированной в фокальной плоскости объектива КОСФПИ и содержащей информацию о кристаллической структуре исследуемого образца, или передающий информацию об энергоспектре электронов, эмитированных с поверхности образца), а МД2 - направления ИКП от выхода энергоанализатора к регистрационному экрану (РЭ) КОСФПИ (см., например: ЕР 0218920, H01J 37/05, 37/26, 37/04, 49/44, 49/00, 1988; JP 7282773, H01J 37/05, 37/26, 37/04, 49/44, 49/40, 1995; US 6307205, H01J 37/05, 37/04, 49/44, 49/48, 49/42, 49/00, G21K 1/093, 1/00, 2001). В данном техническом решении входное плечо МД1 совпадает с входным плечом энергофильтра, а выходное плечо МД2 соосно входному плечу МД1 и служит выходным плечом энергофильтра. Конструкция данного энергофильтра позволяет отключать его от КОСФПИ без изменения дальнейшего направления передачи корпускулярного изображения, что обеспечивает возможность передачи изображения как с подключением энергофильтра для энергофильтрации или энергоспектроскопии, так и минуя энергофильтр, что упрощает настройку соответствующей КОСФПИ.Known energy Omega filter for KOSPPI, the input and output shoulders of which are located on the optical axis of the said particle-optical system, containing installed in the direction of image transmission, the first magnetic deflector (MD 1 ), an energy analyzer formed by magnetic sectors, the second magnetic deflector (MD 2 ) and energy diaphragm (ED). MD 1 performs the function of directing the information corpuscular beam (ICP) to the energy analyzer (hereinafter, ICP refers to the corpuscular beam transmitting an image of the studied area of the sample surface or diffraction pattern formed in the focal plane of the KOSPPI lens and containing information about the crystal structure of the studied sample, or transmitting information about the energy spectrum of electrons emitted from the surface of the sample), and MD 2 - the direction of the ICP from the output of the energy analyzer to registration KOSPPI on-screen (RE) (see, for example: EP 0218920, H01J 37/05, 37/26, 37/04, 49/44, 49/00, 1988; JP 7282773, H01J 37/05, 37/26, 37/04, 49/44, 49/40, 1995; US 6307205, H01J 37/05, 37/04, 49/44, 49/48, 49/42, 49/00,
Тем не менее эта конструкция имеет следующие недостатки: невозможность вариации энергетической дисперсии в режимах энергофильтрации или энергоспектроскопии и полное отсутствие энергетической дисперсии при работе с отключенным энергофильтром.Nevertheless, this design has the following disadvantages: the impossibility of varying the energy dispersion in the modes of energy filtration or energy spectroscopy and the complete absence of energy dispersion when working with the power filter turned off.
Известен также энергофильтр для КОСФПИ, где в качестве энергоанализатора использован сферический электростатический конденсатор. Здесь, как и в Омега-фильтре, выходная и входная оптические оси энергофильтра соосны, однако в отличие от Омега-фильтра криволинейный участок оптической оси данного энергофильтра представляет собой замкнутую петлю с суммарным углом поворота 360°. МД1 и МД2 конструктивно совмещены. Для обеспечения энергофильтрации в электростатическом поле конденсатора установлен дисперсионный экран (US 2005285032, H01J 37/05, 37/04, 49/48, 49/00, 47/00, 2005).An energy filter for KOSPPI is also known, where a spherical electrostatic capacitor is used as an energy analyzer. Here, as in the Omega filter, the output and input optical axes of the energy filter are aligned, however, unlike the Omega filter, the curved section of the optical axis of this energy filter is a closed loop with a total rotation angle of 360 °. MD 1 and MD 2 are structurally combined. To ensure energy filtration, a dispersion screen is installed in the electrostatic field of the capacitor (US 2005285032, H01J 37/05, 37/04, 49/48, 49/00, 47/00, 2005).
Недостатками данного технического решения являются неизбежные искажения передаваемого изображения, обусловленные возмущением поля конденсатора дисперсионным экраном, и неэффективность последнего.The disadvantages of this technical solution are the inevitable distortion of the transmitted image due to perturbation of the capacitor field by the dispersion screen, and the inefficiency of the latter.
Между тем современные методики спектроэлектронной микроскопии требуют обеспечения двух альтернативных энергодисперсионных режимов:Meanwhile, modern methods of spectroelectron microscopy require the provision of two alternative energy dispersive modes:
а) энергоспектроскопического режима с высокопрецизионной энергофильтрацией передаваемых корпускулярных изображений, для обеспечения которого необходима большая энергетическая дисперсия энергофильтра;a) energy spectroscopic mode with high-precision energy filtration of transmitted corpuscular images, which requires a large energy dispersion of the energy filter;
б) энергоспектрографического режима отображения исследуемого энергетического спектра на РЭ, требующего значительного уменьшения (но не до нуля!) энергетической дисперсии энергофильтра.b) the energy spectrographic mode of displaying the studied energy spectrum on the RE, requiring a significant reduction (but not to zero!) of the energy dispersion of the energy filter.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является энергофильтр для КОСФПИ, входное и выходное плечи которого расположены на ее оптической оси, содержащий установленные по направлению передачи изображения МД1, выполненный с поворотом оптической оси на 90°, первый блок согласующих линз (БСЛ1), энергоанализатор, второй блок согласующих линз (БСЛ2), МД2 и ЭД. Входным плечом энергофильтра служит первое входное плечо МД1 Первая оптическая ось в МД1 проходит от первого входа к первому выходу. Первое выходное плечо МД1 и входное плечо энергоанализатора лежат на оптической оси БСЛ1, выходное плечо энергоанализатора и входное плечо МД2 лежат на оптической оси БСЛ2, выходное плечо МД2 соосно первому входному плечу МД1, а ЭД установлена на выходном плече энергофильтра, которым служит выходное плечо МД2. В прототипе суммарный угол поворота оптической оси энергофильтра равен нулю, энергоанализатор составлен из последовательно расположенных двух магнитных секторов, каждый из которых имеет угол отклонения оптической оси, равный 90°,Closest to the claimed technical essence is an energy filter for KOSPPI, the input and output shoulders of which are located on its optical axis, containing MD 1 mounted in the image transmission direction, made with the optical axis rotated 90 °, the first block of matching lenses (BSL 1 ), energy analyzer, the second block of matching lenses (BSL 2 ), MD 2 and ED. The input arm of the energy filter is the first input arm of MD 1. The first optical axis in MD 1 passes from the first input to the first output. The first output arm MD 1 and the input arm of the energy analyzer lie on the optical axis of the BSL 1 , the output arm of the energy analyzer and the input arm of MD 2 lie on the optical axis of the BSL 2 , the output arm of MD 2 is aligned with the first input arm of the MD 1 , and the ED is mounted on the output arm of the energy filter, which is the output arm of MD 2 . In the prototype, the total angle of rotation of the optical axis of the energy filter is zero, the energy analyzer is composed of two magnetic sectors arranged in series, each of which has an optical axis deviation angle of 90 °,
БСЛ1 и БСЛ2 составлены из квадрупольных линз для последовательной коррекции астигматизма передаваемого изображения; МД1 установлен для согласования входной оптической оси энергофильтра с оптической осью энергоанализатора, а МД2 введен в энергофильтр для согласования оптической оси энергоанализатора с оптической осью КОСФПИ (ЕР 0967630, H01J 37/05, 37/153, 37/26, 37/04, 49/46, 2000).BSL 1 and BSL 2 are composed of quadrupole lenses for sequential correction of astigmatism of the transmitted image; MD 1 is installed to match the input optical axis of the energy filter with the optical axis of the energy analyzer, and MD 2 is inserted into the energy filter to match the optical axis of the energy analyzer with the optical axis of KOSFPI (EP 0967630, H01J 37/05, 37/153, 37/26, 37/04, 49/46, 2000).
Однако прототип обладает низкой энергетической дисперсией. Кроме того, он не позволяет варьировать значения этой дисперсии, что имеет следствием ограничение возможностей его использования.However, the prototype has a low energy dispersion. In addition, it does not allow varying the values of this dispersion, which has the consequence of limiting the possibilities of its use.
Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функций энергофильтра за счет создания возможностей вариации коэффициента его энергетической дисперсии в широком диапазоне.The technical task of the invention is the expansion of the functions of the energy filter by creating possibilities for varying the coefficient of its energy dispersion in a wide range.
Решение указанной технической задачи состоит в том, что в энергофильтр для КОСФПИ, входное и выходное плечи которого расположены на ее оптической оси, содержащий расположенные по направлению передачи изображения МД1, выполненный с поворотом оптической оси на 90°, БСЛ1, энергоанализатор, БСЛ2,The solution to this technical problem consists in the fact that in the energy filter for KOSPPI, the input and output shoulders of which are located on its optical axis, containing MD 1 located in the direction of image transmission, made with the optical axis rotated 90 °, BSL 1 , energy analyzer, BSL 2 ,
МД2 и ЭД, в котором первая оптическая ось МД1 проходит от первого входа к первому выходу МД1, первое выходное плечо МД2 и входное плечо энергоанализатора лежат на оптической оси БСЛ1, выходное плечо энергоанализатора и входное плечо МД2 лежат на оптической оси БСЛ2, выходное плечо МД2 соосно первому входному плечу МД1, а ЭД установлена на выходном плече энергофильтра, вносятся изменения:MD 2 and ED, in which the first optical axis MD 1 passes from the first input to the first output MD 1 , the first output arm MD 2 and the input arm of the energy analyzer lie on the optical axis BSL 1 , the output arm of the energy analyzer and the input arm MD 2 lie on the optical axis BSL 2 , the output arm of MD 2 is aligned with the first input arm of MD 1 , and the ED is mounted on the output arm of the energy filter, changes are made:
1) дополнительно введен блок направляющих линз (БНЛ), выполненный на основе осесимметричных электронных линз и установленный между МД1 и МД2 соосно выходному плечу МД2 для осуществления оптического сопряжения соответствующих главных точек МД1 и МД2 в режиме передачи изображения через энергоанализатор;1) an additional guide lens unit (BNL) has been introduced, made on the basis of axisymmetric electronic lenses and installed between MD 1 and MD 2 coaxially to the output arm of MD 2 for optical pairing of the corresponding main points of MD 1 and MD 2 in the image transmission mode through an energy analyzer;
2) БСЛ1 и БСЛ2 выполнены на основе осесимметричных электронных линз из расчета оптического сопряжения центральной точки энергоанализатора и соответствующих главных точек МД1 и МД2;2) BSL 1 and BSL 2 are made on the basis of axisymmetric electronic lenses based on the optical conjugation of the center point of the energy analyzer and the corresponding main points MD 1 and MD 2 ;
3) МД1 выполнен с двумя входами, двумя выходами и тремя геометрически идентичными оптическими осями, причем:3) MD 1 is made with two inputs, two outputs and three geometrically identical optical axes, moreover:
- второй вход расположен на прямой, соосной первому входному плечу;- the second entrance is located on a straight line, coaxial to the first input shoulder;
- второй выход расположен на прямой, соосной первому выходному плечу;- the second exit is located on a straight line, coaxial to the first output shoulder;
- вторая оптическая ось проходит от второго входа ко второму выходу;- the second optical axis passes from the second input to the second output;
- третья оптическая ось проходит от первого входа ко второму выходу;- the third optical axis passes from the first input to the second output;
4) МД1 электрически подключен к источнику тока, снабженному переключателем полярности;4) MD 1 is electrically connected to a current source equipped with a polarity switch;
5) выходное плечо МД2 направлено в сторону МД1;5) the output arm of MD 2 is directed towards MD 1 ;
6) в качестве выходного плеча энергофильтра служит второе выходное плечо МД1.6) as the output arm of the energy filter is the second output arm of MD 1 .
Указанная совокупность известных и новых отличительных признаков необходима и достаточна для функционирования предлагаемого энергофильтра с впервые достигнутой возможностью электрического управления коэффициентом энергетической дисперсии.The specified set of known and new distinguishing features is necessary and sufficient for the functioning of the proposed energy filter with the first achieved possibility of electrical control of the energy dispersion coefficient.
Причинно-следственная связь внесенных изменений с достигнутым техническим результатом заключается в следующем.The causal relationship of the changes made with the achieved technical result is as follows.
Управление режимами работы энергофильтра осуществляется переключением магнитной полярности МД1 на противоположную за счет изменения направления тока, питающего обмотку магнитной катушки МД1. Таким путем обеспечивается работа энергофильтра в двух альтернативных энергодисперсионных режимах, а именно:The energy filter operating modes are controlled by switching the magnetic polarity of MD 1 to the opposite by changing the direction of the current supplying the winding of the magnetic coil of MD 1 . In this way, the energy filter is ensured in two alternative energy dispersion modes, namely:
1) без прохождения ИКП энергоанализатора (энергоспектрографический режим);1) without passing the ICP energy analyzer (energy spectrographic mode);
2) с прохождением ИКП через энергоанализатор (энергоспектроскопический режим).2) with the passage of the ICP through the energy analyzer (energy spectroscopic mode).
В первом случае угловая энергетическая дисперсия ИКП при выходе из энергофильтра становится минимальной (но не нулевой!), что позволяет в данном режиме отобразить на РЭ весь исследуемый энергетический спектр либо достигнуть максимальной интенсивности передаваемого корпускулярного изображения (в последней ситуации уровень освещенности корпускулярного изображения и степень его энергофильтрации регулируются размером отверстия ЭД). Во втором случае возможно осуществить высокопрецизионную энергоспектроскопию передаваемого корпускулярного изображения.In the first case, the angular energy dispersion of the ICP when exiting the energy filter becomes minimal (but not zero!), Which makes it possible to display the entire energy spectrum under study in RE or to achieve maximum intensity of the transmitted particle image (in the latter situation, the level of illumination of the particle image and its degree energy filtration is regulated by the size of the ED hole). In the second case, it is possible to carry out high-precision energy spectroscopy of the transmitted corpuscular image.
По сравнению с прототипом изменены и дополнены функции МД1 и МД2, а именно:Compared with the prototype, the functions of MD 1 and MD 2 are changed and supplemented, namely:
- МД1 дополнительно выполняет новые функции: направление ИКП к РЭ и создание минимальной энергетической дисперсии ИКП на выходе из энергофильтра в энергоспектрографическом режиме;- MD 1 additionally performs new functions: directing the ICP to the RE and creating a minimum energy dispersion of the ICP at the output of the energy filter in the energy spectrographic mode;
- МД2 направляет ИКП в сторону МД1 (в прототипе МД2 направлял ИКП к РЭ).- MD 2 directs the ICP towards MD 1 (in the prototype MD 2 sent the ICP to the RE).
Значительного повышения энергетической дисперсии в энергоспектроскопическом режиме можно добиться путем замедления ИКП перед входом в энергоанализатор с помощью замедляющей линзы, установленной в БСЛ1. В этом варианте БСЛ2 включает в свой состав ускоряющую линзу, что необходимо для восстановления энергии ИКП перед его входом в МД2 (п.2 формулы). Дополнительное расширение диапазона изменения энергетической дисперсии в этом варианте обусловлено тем, что энергетическая дисперсия энергоанализатора обратно пропорциональна величине средней энергии проходящего через него ИКП. Поэтому данную дисперсию можно регулировать напряжением, подаваемым на ближайшие к энергоанализатору крайние электроды указанных линз. При этом имеется дополнительная возможность расширить диапазон величин данной дисперсии за счет вариации оптической силы указанных иммерсионных линз путем изменения напряжений на их фокусирующих электродах.A significant increase in the energy dispersion in the energy spectroscopic mode can be achieved by slowing down the ICP before entering the energy analyzer using a retardation lens installed in BSL 1 . In this embodiment, BSL 2 includes an accelerating lens, which is necessary to restore the energy of the ICP before it enters MD 2 (
Энергетическая дисперсия принимает максимальные значения, если БСЛ1 и БСЛ2 настроены в режим формирования промежуточных изображений, требующий высоких значений оптической силы линз БСЛ2. При этом целесообразно установление дополнительной щелевой энергетической диафрагмы (ДЩЭД) на оптической оси второго блока согласующих линз для увеличения энергетического разрешения (п.3 формулы). Установка ДЩЭД и формирование кроссовера ИКП в ее плоскости позволяют реализовать высокопрецизионную энергоспектроскопию передаваемого изображения с максимальной трансмиссией, поскольку дисперсия энергоанализатора не образуется в направлении, перпендикулярном его средней плоскости. Для равномерного распределения освещенности передаваемого изображения ЭД, установленная на выходном плече энергофильтра, выполнена с круглым отверстием.Energy dispersion takes maximum values if BSL 1 and BSL 2 are set to the intermediate image formation mode, which requires high optical power of BSL 2 lenses. In this case, it is advisable to establish an additional slotted energy diaphragm (DSED) on the optical axis of the second block of matching lenses to increase the energy resolution (
При техническом осуществлении энергофильтра в качестве энергоанализатора может быть использован энергоанализатор магнитного типа со стигматичной фокусировкой (см., например: US 3761707, H01J 49/32, 49/26, 1973; US 6066852, H01J 37/05, 49/44, 49/46, 49/48, 37/04, 49/00, 2000). Это позволяет упростить конструкцииIn the technical implementation of the energy filter, a magnetic type energy analyzer with stigmatic focusing can be used as an energy analyzer (see, for example: US 3761707, H01J 49/32, 49/26, 1973; US 6066852, H01J 37/05, 49/44, 49 / 46, 49/48, 37/04, 49/00, 2000). This simplifies the design.
БСЛ1 и БСЛ2, изъяв из них квадрупольные линзы, в связи с отпавшей необходимостью выполнения функции коррекции астигматизма, возникающего при передаче изображения. Еще более целесообразно использовать в качестве энергоанализатора электростатический сферический конденсатор, обеспечивающий, как известно, стигматизм передачи ИКП при любом угле отклонения оптической оси. Такое выполнение обладает простотой и удобством регулирования напряженности поля энергоанализатора (пропорционально энергии ИКП на его входе) путем изменения напряжения на обкладках сферического конденсатора. В данном варианте наиболее целесообразно выполнение энергоанализатора на базе полусферического конденсатора (п.4 формулы). При этом достигается максимум энергодисперсионного коэффициента, и, как установлено автором, дисторсия корпускулярного изображения, обусловленная действием краевых полей конденсатора, в данном варианте минимальна.BSL 1 and BSL 2 , having removed quadrupole lenses from them, due to the need to perform the function of correcting astigmatism that occurs during image transmission. It is even more advisable to use an electrostatic spherical capacitor as an energy analyzer, which, as you know, provides stigmatism for the transmission of ICPs at any angle of deviation of the optical axis. This embodiment has the simplicity and convenience of regulating the field strength of the energy analyzer (in proportion to the energy of the ICP at its input) by changing the voltage on the plates of a spherical capacitor. In this embodiment, the most appropriate implementation of the energy analyzer based on a hemispherical capacitor (paragraph 4 of the formula). In this case, the maximum energy-dispersion coefficient is achieved, and, as established by the author, the distortion of the particle image due to the action of the edge fields of the capacitor is minimal in this embodiment.
Полюсные наконечники магнитных дефлекторов могут быть плоскими. Однако для гибкой настройки сопрягающихся оптических осей целесообразно выполнение МД1 и/или МД2 с цилиндрическими границами полюсных наконечников (п.5 формулы).The pole pieces of the magnetic baffles may be flat. However, for flexible adjustment of the mating optical axes, it is advisable to perform MD 1 and / or MD 2 with cylindrical boundaries of the pole pieces (
Для дальнейшего расширения функциональных возможностей энергофильтр может быть дополнительно оснащен третьим магнитным дефлектором (МД3), выход которого связан с первым входом МД1 непосредственно или через блок транспортирующих линз (БТЛ) для оптического сопряжения выходной главной точки МД3 и входной главной точки МД1 и вариации увеличения передаваемого изображения; при этом выходное плечо МД3 соосно первому входному плечу МД1 (п.6 формулы). В данном варианте изображение образца передается электронными линзами объектива КОСФПИ в главную плоскость МД3 для обеспечения ахроматичности дальнейшей передачи изображения. Варьируя возбуждения линз, входящих в состав БТЛ, можно электрическим путем управлять изменением энергетической дисперсии энергофильтра в энергоспектрографическом режиме, поскольку величина коэффициента угловой дисперсии на выходе из энергофильтра зависит от значения коэффициента оптического увеличения БТЛ при передаче корпускулярного изображения из МД3 в МД1. Автором установлено, что при совпадении полярностей МД3 и МД1 в энергоспектрографическом режиме в варианте передачи корпускулярного изображения без образования промежуточного изображения в БТЛ величина коэффициента угловой энергетической дисперсии энергофильтра в энергоспектрографическом режиме равнаTo further expand the functionality, the energy filter can be additionally equipped with a third magnetic deflector (MD 3 ), the output of which is connected to the first input of MD 1 directly or through a block of transporting lenses (BTL) for optical coupling of the output main point of MD 3 and the input main point of MD 1 and variation in magnification of the transmitted image; wherein the output arm of MD 3 is aligned with the first input arm of MD 1 (
где К - коэффициент угловой дисперсии энергофильтра;where K is the coefficient of angular dispersion of the energy filter;
N1 и N3 - коэффициенты угловой энергетической дисперсии МД1 и МД3 соответственно;N 1 and N 3 are the angular energy dispersion coefficients of MD 1 and MD 3, respectively;
М - абсолютная величина коэффициента оптического увеличения БТЛ.M is the absolute value of the optical zoom coefficient BTL.
При электрической настройке возбуждений линз БТЛ, соответствующей передаче корпускулярного изображения с образованием промежуточного в БТЛ изображения, величина коэффициента угловой энергетической дисперсии энергофильтра равнаWhen electrically adjusting the BTL lens excitations corresponding to the transfer of a particle image with the formation of an intermediate image in the BTL, the value of the angular energy dispersion coefficient of the energy filter is
Если полярность МД3 установлена противоположно полярности МД1 в энергоспектрографическом режиме, то в варианте передачи корпускулярного изображения без образования промежуточного изображения в БТЛ величина коэффициента угловой дисперсии энергофильтра определяется согласно формуле (2), а при электрической настройке возбуждений линз БТЛ, соответствующей образованию промежуточного изображения в БТЛ, величина коэффициента угловой энергетической дисперсии энергофильтра определяется согласно формуле (1).If the polarity of MD 3 is set opposite to the polarity of MD 1 in the energy spectrographic mode, then in the variant of transmitting a particle image without the formation of an intermediate image in BTL, the magnitude of the coefficient of angular dispersion of the energy filter is determined according to formula (2), and when electrically adjusting the excitations of BTL lenses corresponding to the formation of the intermediate image BTL, the value of the coefficient of angular energy dispersion of the energy filter is determined according to formula (1).
Таким образом, во всех указанных вариантах настройки БТЛ энергетическая дисперсия энергофильтра в энергоспектрографическом режиме может быть изменена электрическим путем за счет вариации величины М посредством соответствующего изменения электрических возбуждений линз, входящих в состав БТЛ. Тем самым расширяется диапазон значений энергетической дисперсии энергофильтра в энергоспектрографическом режиме.Thus, in all these BTL tuning options, the energy dispersion of the energy filter in the energy spectrographic mode can be changed electrically by varying the M value by correspondingly changing the electric excitations of the lenses that make up the BTL. Thus, the range of values of the energy dispersion of the energy filter in the energy spectrographic mode is expanded.
При выполнении МД3 с дополнительным входом и дополнительной оптической осью, проходящей с геометрическим сопряжением дополнительного входа и входного плеча энергофильтра, для возможности подключения электронной пушки (ЭП) к КОСФПИ (п.7 формулы) появляется возможность получения электронных дифракционных картин, содержащих топографическую информацию о приповерхностном слое исследуемого образца. В этом случае применение предлагаемого энергофильтра позволяет осуществить энергоспектроскопию дифракционной картины, что дает дополнительную физико-химическую информацию об исследуемом образце.When performing MD 3 with an additional input and an additional optical axis passing through the geometric conjugation of the additional input and the input arm of the energy filter, for the possibility of connecting an electron gun (EF) to KOSPPI (claim 7), it becomes possible to obtain electronic diffraction patterns containing topographic information about the surface layer of the test sample. In this case, the use of the proposed energy filter allows energy spectroscopy of the diffraction pattern, which gives additional physico-chemical information about the sample under study.
На фиг.1 приведена схема энергофильтра, выполненного с использованием пп.1÷5 формулы изобретения; на фиг.2 приведена схема энергофильтра, выполненного с использованием пп.1÷7 формулы изобретения. Места промежуточных изображений отмечены поперечными стрелками.Figure 1 shows a diagram of an energy filter made using
В данных примерах МД1 и МД2 выполнены в виде конструкций с плоскопараллельными парами магнитных полюсных наконечников, симметрично установленных относительно средней плоскости, в которой лежат оптические оси и в которой происходит формирование поперечной энергетической дисперсии. В направлении, перпендикулярном к средней плоскости, энергетической дисперсии нет. Оптические оси МД1 и МД2 обозначены дугами.In these examples, MD 1 and MD 2 are made in the form of structures with plane-parallel pairs of magnetic pole pieces symmetrically mounted relative to the middle plane in which the optical axes lie and in which the transverse energy dispersion forms. In the direction perpendicular to the middle plane, there is no energy dispersion. The optical axes of MD 1 and MD 2 are indicated by arcs.
Во избежание усложнения схем известные детали, касающиеся устройства элементов энергофильтра, опущены, а обе главные точки каждого из магнитных дефлекторов совмещены в оптических центрах последних. В действительности входная и выходная главные точки МД1 и МД2 несколько смещены от оптических центров. Однако эти смещения малы, поскольку с оптической точки зрения МД1 и МД2 представлют собой слабые линзы.In order to avoid complicating the schemes, well-known details regarding the arrangement of the elements of the energy filter are omitted, and both main points of each of the magnetic deflectors are combined in the optical centers of the latter. In reality, the input and output principal points of MD 1 and MD 2 are somewhat offset from the optical centers. However, these biases are small, since from the optical point of view, MD 1 and MD 2 are weak lenses.
В энергофильтре (фиг.1) для КОСФПИ его входное а и выходное е плечи установлены на оптической оси КОСФПИ. Энергофильтр содержит расположенные по направлению передачи изображения МД1 (поз.1), выполненный с поворотом оптической оси на 90°, БСЛ1 (поз.2), энергоанализатор (поз.3), БСЛ2 (поз.4), МД2 (поз.5) и ЭД (поз.6). Входным плечом а энергофильтра служит первое входное плечо МД1 1, первая оптическая ось r1/ МД1 проходит от первого входа к первому выходу МД1, первое выходное плечо b' МД1 и входное плечо b" энергоанализатора 3 лежат на оптической оси b БСЛ1, выходное плечо с" энергоанализатора 3 и входное плечо с'In the energy filter (figure 1) for KOSPPI its input a and output e shoulders are mounted on the optical axis of KOSPPI. The energy filter contains MD 1 (pos. 1 ) images located in the direction of transmission, made with the optical axis rotated 90 °, BSL 1 (pos. 2), an energy analyzer (pos. 3), BSL 2 (pos. 4), MD 2 ( pos. 5) and ED (pos. 6). The input arm a of the energy filter is the first
МД2 лежат на оптической оси с БСЛ2, выходное плечо d' МД2 соосно первому входному плечу а МД1, а ЭД 6 установлена на выходном плече е энергофильтра. Энергофильтр дополнительно содержит БНЛ 7, выполненный на основе осесимметричных электронных линз с осью d и установленный между МД1 и МД2 (поз.1 и 5 соответственно) соосно выходному плечу d' МД2, БСЛ1 и БСЛ2 (поз.2 и 4 соответственно) выполнены на основе осесимметричных электронных линз, МД1 выполнен с возможностью образования двух входов, двух выходов и трех геометрически идентичных оптических осей r1, r4 и r5,, обеспечивающих соединение соответствующих входов и выходов, причем в МД1 второй вход расположен на прямой d", соосной первому входному плечу а, второй выход расположен на прямой е, соосной первому выходному плечу b', оптическая ось r1 соединяет первые вход и выход, вторая оптическая ось r4 соединяет вторые вход и выход, а третья оптическая ось r5 соединяет первый вход и второй выход. МД1 электрически подключен к источнику тока (поз.8), снабженному переключателем полярности. Выходное плечо d' МД2 направлено в сторону МД1, а выходным плечом е энергофильтра служит второе выходное плечо МД1.MD 2 lie on the optical axis with BSL 2 , the output arm d 'MD 2 is aligned with the first input arm a MD 1 , and
Энергофильтр выполнен с использованием пп.1-5 формулы, а именно:The energy filter is made using claims 1-5 of the formula, namely:
- в БСЛ1 и БСЛ2 (поз.2 и 4) установлены замедляющая и ускоряющая электростатические линзы соответственно;- in BSL 1 and BSL 2 (pos. 2 and 4) there are retarding and accelerating electrostatic lenses, respectively;
- на оптической оси с БСЛ2 установлена ДЩЭД 9;- on the optical axis with BSL 2 installed
- в качестве энергоанализатора 3 установлен полусферический конденсатор с оптической осью r2;
- a hemispherical capacitor with an optical axis r 2 is installed as an
- МД1 и МД2 (поз.1 и 5) выполнены с цилиндрическими границами полюсных наконечников;- MD 1 and MD 2 (
- на входном плече а энергофильтра в плоскости кроссовера K1 установлена съемная контрастная апертура 10.- on the input shoulder and the energy filter in the plane of the crossover K 1 installed a
В энергоспектроскопическом режиме ИКП поступает на вход энергофильтра (плечо а), проходит контрастную апертуру 10 и поступает на первый вход МД1 (поз.1), полем которого вдоль оптической оси r1 отклоняется на угол 90° к первому выходу МД1, приобретая угловую энергетическую дисперсию. При этом оптическими элементами КОСФПИ, установленными перед энергофильтром (на фиг.1 не показаны), корпускулярное изображение передается в главную плоскость МД1, в которой расположена его входная главная точка (в окрестности центра O1), что необходимо для обеспечения ахроматичности конечного изображения вне зависимости от выбора полярности МД1. После выхода из МД1 на ось b' ИКП через БСЛ1 (поз.2) поступает на вход энергоанализатора 3, вдоль оптической оси r2 которого ИКП выходит на ось с, проходит БСЛ2 (поз.4), в котором он восстанавливает энергию, и поступает на вход МД2 (поз.5), полярность которого установлена противоположной полярности МД1, после чего вдоль оптической оси r3 поворачивает на угол 90° в сторону БНЛ 7, выходя на ось d, и, пройдя БНЛ 7, входит вторично в МД1 через его второй вход, вдоль его второй оптической оси r4 выходит через второй выход на ось е, проходит ЭД 6 и с помощью проекционного блока (не показан) передает отфильтрованное по энергии увеличенное корпускулярное изображение на РЭ.In the energy-spectroscopic mode, the ICP enters the input of the energy filter (shoulder a), passes a
В энергоспектрографическом режиме, в котором на РЭ отображается исследуемый энергетический спектр, или в режиме слабой энергофильтрации изображения с целью достижения его максимальной яркости магнитную полярность МД1 (поз.1) переключают посредством источника тока 8. В этом случае ИКП, войдя по оптической оси а в поле МД1 движется вдоль его третьей оптической оси r5, выходит через его второй выход на ось е, проходит через ЭД 6 и с помощью проекционного блока (не показан), в зависимости от настройки последнего, передает на РЭ увеличенное корпускулярное изображение либо отображает на РЭ полный энергетический спектр ИКП.In the energy spectrographic mode, in which the studied energy spectrum is displayed on the RE, or in the mode of weak energy filtering of the image in order to achieve its maximum brightness, the magnetic polarity of MD 1 (item 1 ) is switched by means of
Энергофильтр для КОСФПИ, выполненный с использованием пп.1÷7 формулы (фиг.2), дополнительно оснащен МД3 (поз.11), выход которого связан с первым входом МД1 (поз.1) через БТЛ 12 для оптического сопряжения выходной главной точки МД3 и входной главной точки МД1 и вариации увеличения передаваемого изображения. Выходное плечо а' МД3 соосно первому входному плечу а МД1. Оптическая ось r6 проходит с сопряжением выходного плеча а' МД3 с входным плечом ƒ энергофильтра, соосного в данном варианте с оптической осью объектива КОСФПИ. Полярности МД3 и МД1 в энергоспектрографическом режиме работы энергофильтра в данном примере совпадают. МД3 снабжен дополнительным входом и дополнительной оптической осью r7, проходящей с геометрическим сопряжением дополнительного входа и плеча ƒ энергофильтра, для возможности подключения ЭП 13 с оптической осью g к КОСФПИ.The energy filter for KOSPPI, made using
ИКП e1 образован в результате освещения исследуемого образца излучением светового или синхротронного источников (не показаны) или ПЭП e0, сгенерированным ЭП 13.IKP e 1 is formed as a result of illumination of the test sample by radiation from a light or synchrotron source (not shown) or PEP e 0 generated by
Независимо от источника освещения образца, порождающего ИКП, последний ускоряется полем объектива и вдоль оси ƒ поступает на основной вход МД3 (поз.11), являющийся в данном варианте входом энергофильтра, вдоль оптической оси r6 выходит на ось а и через БТЛ 12 поступает на первый вход МД1 (поз.1). Дальнейшее движение ИКП происходит, как в примере фиг 1. Благодаря оптическому сопряжению главных точек МД3 и МД1 осуществленному БТЛ 12, корпускулярное изображение передается во входную главную плоскость МД1, что необходимо для обеспечения ахроматичности передаваемого корпускулярного изображения. Изменением электрических возбуждений линз, входящих в состав БТЛ 12, обеспечивается вариация оптического увеличения М передаваемого изображения и тем самым изменяется величина коэффициента угловой энергетической дисперсии энергофильтра в энергоспектрографическом режиме согласно формуле (1).Regardless of the illumination source of the sample generating the ICP, the latter is accelerated by the field of the lens and along the оси axis enters the main input MD 3 (item 11), which in this embodiment is the input of the energy filter, goes along the optical axis r 6 to the axis a, and through
В варианте электронного освещения образца ПЭП е0, сгенерированный ЭП 13, вдоль оптической оси g поступает на дополнительный вход МД3, отклоняется его магнитным полем вдоль оптической оси r7 и по оптической оси ƒ проходит объектив КОСФПИ, фокусируясь в его фокальной плоскости, тормозится полем объектива вблизи образца, и, становясь параллельным, когерентно освещает исследуемую поверхность образца по нормали к ней, порождая ИКП с формированием дифракционной картины в фокальной плоскости объектива. Данная дифракционной картина, как и корпускулярное изображение образца, может быть передана через энергофильтр на РЭ.In the variant of electronic illumination of the sample, the probe E 0 generated by
Предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом существенно расширяет функции энергофильтра за счет создания возможностей вариации коэффициента его энергетической дисперсии электрическим путем в широком диапазоне, что имеет следствием достижение универсальности использования энергофильтра в спектромикроскопических исследованиях. Это проиллюстрировано возможностью работы предлагаемого энергофильтра в энергоспектроскопическом и энергоспектрографическом режимах.The proposed technical solution, in comparison with the prototype, significantly expands the functions of the energy filter by creating the possibility of varying the coefficient of its energy dispersion electrically in a wide range, which results in achieving the universality of the use of the energy filter in spectroscopic studies. This is illustrated by the possibility of the proposed energy filter in energy spectroscopic and energy spectrographic modes.
Положительным эффектом, производным от достигнутого, является возможность альтернативной передачи изображения, что значительно упрощает наладку соответствующей КОСФПИ за счет автономной настройки элементов энергофильтра.A positive effect, derived from the achieved, is the possibility of an alternative image transmission, which greatly simplifies the adjustment of the corresponding KOSPPI due to the autonomous adjustment of the energy filter elements.
Кроме того, предлагаемый энергофильтр обладает необходимыми корпускулярно-оптическими свойствами для обеспечения времяпролетных электронной микроскопии и энергоспектроскопии.In addition, the proposed energy filter has the necessary particle-optical properties to ensure time-of-flight electron microscopy and energy spectroscopy.
Использование предлагаемого энергофильтра в эмиссионных электронном микроскопе и энергоспектрометре и их времяпролетных аналогах позволяет значительно расширить спектр получаемой физико-химической информации об исследуемом образце.The use of the proposed energy filter in emission electron microscope and energy spectrometer and their time-of-flight counterparts can significantly expand the range of obtained physical and chemical information about the test sample.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008110256/28A RU2364004C1 (en) | 2008-03-17 | 2008-03-17 | Power filter for corpuscular-optical system of image construction and transmission |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008110256/28A RU2364004C1 (en) | 2008-03-17 | 2008-03-17 | Power filter for corpuscular-optical system of image construction and transmission |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2364004C1 true RU2364004C1 (en) | 2009-08-10 |
Family
ID=41049692
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008110256/28A RU2364004C1 (en) | 2008-03-17 | 2008-03-17 | Power filter for corpuscular-optical system of image construction and transmission |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2364004C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011036038A1 (en) * | 2009-09-24 | 2011-03-31 | Dietmar Funnemann | Imaging energy filter for electrically charged particles and spectroscope having the same |
RU223066U1 (en) * | 2023-08-22 | 2024-01-30 | Общество с ограниченной ответственностью "АИН ЭЛЕКТРА" | Electro-optical system |
-
2008
- 2008-03-17 RU RU2008110256/28A patent/RU2364004C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011036038A1 (en) * | 2009-09-24 | 2011-03-31 | Dietmar Funnemann | Imaging energy filter for electrically charged particles and spectroscope having the same |
US8530835B2 (en) | 2009-09-24 | 2013-09-10 | Dietmar Funnemann | Imaging energy filter for electrically charged particles and spectroscope having same |
RU2529463C2 (en) * | 2009-09-24 | 2014-09-27 | Дитмар ФУННЕМАНН | Imaging energy filter for electrically charged particles and spectroscope having same |
RU223066U1 (en) * | 2023-08-22 | 2024-01-30 | Общество с ограниченной ответственностью "АИН ЭЛЕКТРА" | Electro-optical system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3914750B2 (en) | Charged particle beam device with aberration correction device | |
US4962313A (en) | Wien-type imaging corrector for an electron microscope | |
JP4988216B2 (en) | Charged particle beam equipment equipped with an aberration correction device | |
JP3269575B2 (en) | Imaging system for charged particle beam with mirror corrector | |
US6580073B2 (en) | Monochromator for charged particles | |
EP1517353B1 (en) | Charged particle beam energy width reduction system for charged particle beam system | |
JP4896877B2 (en) | Aberration corrector and method for operating the aberration corrector | |
US8907298B1 (en) | Method for axial alignment of charged particle beam and charged particle beam system | |
CN106548913A (en) | For the device and method of high resolution electron beam imaging | |
US8785880B2 (en) | Chromatic aberration corrector and electron microscope | |
US7105833B2 (en) | Deflection system for a particle beam device | |
JPH05314938A (en) | Electron beam device | |
EP3428949B1 (en) | Electron beam system for aberration correction | |
RU2362234C1 (en) | Corpuscular-optical system for generating images (versions) | |
RU2364004C1 (en) | Power filter for corpuscular-optical system of image construction and transmission | |
JP2007149495A (en) | Apparatus of correcting aberration and electron microscope | |
JP4343951B2 (en) | Single stage charged particle beam energy width reduction system for charged particle beam system | |
US8373137B2 (en) | High resolution energy-selecting electron beam apparatus | |
WO2012014870A1 (en) | Aberration correction device and charged particle beam device employing same | |
JP2006147520A (en) | Aberration correcting device and electron microscope | |
JP2008135336A (en) | Wien filter | |
WO2015029200A1 (en) | Charged particle beam lens module and charged particle beam device equipped with same | |
JP3790646B2 (en) | Low energy reflection electron microscope | |
WO2016132487A1 (en) | Charged particle beam device and aberration corrector | |
EP2674959A1 (en) | Charged-particle apparatus equipped with improved Wien-type Cc corrector |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110318 |