RU2579458C1 - Magnetic immersion lens for emission electron microscope - Google Patents
Magnetic immersion lens for emission electron microscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2579458C1 RU2579458C1 RU2014148612/07A RU2014148612A RU2579458C1 RU 2579458 C1 RU2579458 C1 RU 2579458C1 RU 2014148612/07 A RU2014148612/07 A RU 2014148612/07A RU 2014148612 A RU2014148612 A RU 2014148612A RU 2579458 C1 RU2579458 C1 RU 2579458C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gap
- tip
- optical axis
- parts
- magnetic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
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 с большим электронно-оптическим увеличением при изучении топологии поверхности, например, термокатодов.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 test object on the luminescent screen of the emission electron microscope with a large electron-optical magnification when studying the topology of the surface, 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 objective of the 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 без изменения оптической базы микроскопа, повышение качества эмиссионного изображения очень малых размеров и обеспечение возможности работы микроскопа в трех режимах, а именно: электростатическом, с магнитной фокусировкой и комбинированном.The technical result of the invention is to increase the electron-optical magnification without changing the optical base of the microscope, improving the quality of the emission image of very small sizes and enabling the microscope to operate in three modes, namely electrostatic, magnetic focus and combined.
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, являющийся анодом, изолированный от корпуса, выполнен из двух частей с разрывом между ними в виде щели шириной S1 в плоскости, перпендикулярной оптической оси. Нижний полюсный наконечник выполнен с возможностью осевого перемещения. Нижняя часть верхнего наконечника закреплена на корпусе через изолятор, причем она выполнена из двух частей с разрывом между ними в виде щели шириной S2 в плоскости, перпендикулярной оптической оси, при этом части соединены между собой металлическим кольцом из немагнитного материала. Верхний наконечник помещен в экранирующий электрод, выполненный из немагнитного материала, в виде усеченного конуса, соосного оптической оси, закрепленный на корпусе через изолятор. Причем торцевые поверхности нижней части анода и конуса ограничены единой плоскостью, а расстояние между торцами частей нижней части верхнего наконечника равно (1…1,5)d, где d - ширина зазора между полюсными наконечниками при условии: S2=S1=(0,1…0.5)d.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 piece, which is the anode, isolated from the housing, is made of two parts with a gap between them in the form of a gap of width S 1 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, moreover, it is made of two parts with a gap between them in the form of a slit of width S 2 in a plane perpendicular to the optical axis, while the parts are interconnected by a metal ring of non-magnetic material. 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, mounted on the housing through an insulator. Moreover, the end surfaces of the lower part of the anode and cone are bounded by a single plane, and the distance between the ends of the parts of the lower part of the upper tip is (1 ... 1,5) d, where d is the width of the gap between the pole pieces provided: S 2 = S 1 = (0 , 1 ... 0.5) d.
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 when 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 scattering electrostatic lens is formed in the lens slit, which increases 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.
Нижняя часть верхнего наконечника выполнена из двух частей с разрывом между ними в виде щели шириной S2 в плоскости, перпендикулярной оптической оси, что позволяет создать в зазоре дополнительную магнитную линзу, как в щели S1. Дополнительная магнитная линза производит перефокусировку эмиссионного изображения. Изображение увеличивается сначала в щели S2, затем в щели S1 и отображается на экране микроскопа. Таким образом не меняя оптической базы микроскопа получаем оптическое увеличение.The lower part of the upper tip is made of two parts with a gap between them in the form of a gap of width S 2 in a plane perpendicular to the optical axis, which allows you to create an additional magnetic lens in the gap, as in the gap S 1 . An additional magnetic lens refocuses the emission image. The image is enlarged first in the slot S 2 , then in the slot S 1 and displayed on the microscope screen. Thus, without changing the optical base of the microscope, we obtain an optical increase.
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 через изолятор. Изоляция экранирующего электрода от корпуса обеспечивает возможность подачи на него невысокого электрического потенциала, что расширяет возможность фокусировки эмиссионного изображения объекта. При этом объектив может работать в разных режимах. В чисто электростатическом режиме, когда магнитное поле отсутствует, подфокусировка изображения достигается за счет изменения электрического потенциала на фокусирующем электроде. В режиме с магнитной фокусировкой электрический потенциал на фокусирующий электрод не подается, он выполняет функцию экрана, работает только фокусирующая магнитная катушка.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 fixed to the housing through an insulator. Isolation of the shielding electrode from the housing makes it possible to supply a low electric potential to it, which expands the possibility of focusing the emission image of the object. In this case, the lens can work in different modes. In a purely electrostatic mode, when there is no magnetic field, image focusing is achieved by changing the electric potential at the focusing electrode. In the magnetic focus mode, the electric potential is not supplied to the focusing electrode, it acts as a screen, only the focusing magnetic coil works.
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;
корпус 2;
верхний полюсный наконечник 3;
нижний полюсный наконечник 4;bottom pole piece 4;
объектодержатель 5;
объект 6;
верхняя часть верхнего полюсного наконечника 7;the upper part of the
нижняя часть верхнего полюсного наконечника 8;the lower part of the
S1 - ширина щели;S 1 is the width of the slit;
изолятор 9;
изолятор 10;
верхняя часть нижней части верхнего полюсного наконечника 11;the upper part of the lower part of the upper pole piece 11;
нижняя часть нижней части верхнего полюсного наконечника 12;the lower part of the lower part of the upper pole piece 12;
металлическое кольцо 13;a
экранирующий электрод 14;shielding electrode 14;
изолятор 15;
S2 - ширина щели;S 2 is the width of the slit;
l1 - расстояние между торцами частей нижней части верхнего наконечника;l 1 - the distance between the ends of the parts of the lower part of the upper tip;
d - расстояние между полюсными наконечниками; катушка фокусирующая 16;d is the distance between the pole pieces; focusing
сильфонный привод 17.
ПримерExample
Иммерсионный магнитный объектив эмиссионного электронного микроскопа для исследования термокатодов содержит закрепленный на фланце 1 из нержавеющей стали X18Н10Т корпус 2, выполненный из стали 10895 (АРМКО), который является магнитопроводом. Соосные между собою верхний 3 и нижний 4 полюсные наконечники выполнены из стали 10895 (АРМКО) с продольным каналом по оптической оси системы. Зазор d равен около 20 мм. Между полюсными наконечниками 3 и 4 на объекте-держателе 5 закреплены термокатоды 6. Нижний полюсный наконечник 4 может перемещаться по оси с помощью сильфонного привода 17. Верхний полюсный наконечник 3 разделен на две части 7 и 8, щелью шириной S1, 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. Нижняя часть 8 верхнего полюсного наконечника 3 разделена щелью S2, шириной 2 мм, на две части: верхняя часть нижней части верхнего полюсного наконечника 11 и нижняя часть нижней части верхнего полюсного наконечника 12, между ними закреплено металлическое кольцо 13 из немагнитного материала. Ширина зазора между полюсными наконечниками 7 и 8 составляет 20 мм. Верхний наконечник 3 помещен в экранирующий электрод 14, выполненный из нержавеющей стали Х18Н10Т в виде усеченного конуса, соосного оптической оси, который закреплен на корпусе 2 через изолятор 15, выполненный из 22ХС. Расстояние между торцами частей 11 и 12 нижней части верхнего наконечника 7 равно 20 мм. Торцевые поверхности нижней части анода 8 и конуса электрода 14 ограничены единой плоскостью. Фокусирующая катушка 16 предназначена для создания магнитного поля в щели и между полюсами.An immersion magnetic objective of an emission electron microscope for studying thermal cathodes comprises a
Объектив работает следующим образом.The lens works as follows.
Фланец 1 прикрепляют к камере эмиссионного электронного микроскопа. Темокатод 6 закрепляют на объектодержателе 5 и помещают в корпус 2. Камеру микроскопа откачивают до высокого вакуума (приблизительно 1·10-5 Па). Темокатоды 6 нагревают до получения термоэмиссии. Высокий потенциал (примерно 20 кВ) 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 16 и получают на экране микроскопа нефокусированное эмиссионное изображение. Изменяя зазор d, перемещая нижний наконечник 4 сильфонным приводом 17, повышают четкость изображения. Зазор d может быть от 5 мм до 25 мм, в зависимости от габаритов исследуемого объекта.
Далее, чтобы повысить качество эмиссионного изображения за счет уменьшения ионной бомбардировки объекта исследования, на верхней части 7 верхнего наконечника 3 оставляют электрический потенциал 20 кВ, а на нижнюю часть 8 верхнего наконечника 3 подают 30 кВ. 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
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 магнитной фокусировкой объективом - прототипом составляло до 300-крат, а с нашим образцом составило 1200-крат. При работе в чисто электростатическом режиме увеличение составило 500 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 magnetic focusing by the lens prototype was up to 300-fold, and with our sample it was 1,200-fold. When operating in pure electrostatic mode, the increase was 500 times.
Магнитный объектив позволяет исследовать объекты с острийными частями, поскольку не возникает пробоя из-за экранирующего электрода.The magnetic lens allows you to explore objects with tip parts, since there is no breakdown due to the shielding electrode.
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 37/101. USSR author's certificate No. 241560, M. Kl. H01J 37/10
2. Патент RU №2002329 МПК Н01J 3/20 - прототип.2. Patent RU No. 2002329
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014148612/07A RU2579458C1 (en) | 2014-12-02 | 2014-12-02 | Magnetic immersion lens for emission electron microscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014148612/07A RU2579458C1 (en) | 2014-12-02 | 2014-12-02 | Magnetic immersion lens for emission electron microscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2579458C1 true RU2579458C1 (en) | 2016-04-10 |
Family
ID=55793501
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014148612/07A RU2579458C1 (en) | 2014-12-02 | 2014-12-02 | Magnetic immersion lens for emission electron microscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2579458C1 (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
- 2014-12-02 RU RU2014148612/07A patent/RU2579458C1/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 |
---|---|---|
JP5239026B2 (en) | Device for field emission of particles and manufacturing method | |
JP4215282B2 (en) | SEM equipped with electrostatic objective lens and electrical scanning device | |
JP5791060B2 (en) | Electron beam wafer inspection system and operating method thereof | |
JP4227646B2 (en) | Electron beam source and electron beam application device | |
JP5023199B2 (en) | Charged particle beam emission system | |
JP2005310778A (en) | Particle optical device equipped with lens having permanent magnet material | |
TW201209877A (en) | Charged particle apparatus | |
JP2014220241A5 (en) | ||
TWI755036B (en) | Ion source for system and method that improves beam current | |
JP2006324119A (en) | Electron gun | |
EP2478546A2 (en) | Distributed ion source acceleration column | |
JP2022543748A (en) | Devices and systems with extraction assemblies for wide-angle ion beams | |
US20190189388A1 (en) | Composite beam apparatus | |
US10062546B2 (en) | Sample holder and focused-ion-beam machining device provided therewith | |
CN110431649B (en) | Charged particle beam device | |
RU2579458C1 (en) | Magnetic immersion lens for emission electron microscope | |
RU2572806C1 (en) | Magnetic immersion lens for emission electron microscope | |
JP2011171296A (en) | Device which focuses and accumulates ions, and device which separates pressure region | |
JP7190436B2 (en) | Ion source device | |
KR102277428B1 (en) | Permanent Magnet Particle Beam Apparatus and Method of Incorporating Non-Magnetic Metal Parts for Steering | |
US10297413B2 (en) | Method and device for the production of highly charged ions | |
JP2016139530A (en) | Charged particle beam device | |
Urbański et al. | Magnetic Focusing of an Electron Beam from a Point Field Emitter | |
Nelliyan et al. | Permanent magnet finger-size scanning electron microscope columns | |
RU2181515C2 (en) | Method for producing panoramic image in raster electron microscope |