Просвечивающий электронный микроскоп

-с: ГП:ЛЬЮ я чаю источ телей иоУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР.(46) 15.08.83. Бюл. Ю 30 .(72) Н.Е.левчук, А.П.Достанко, В.Я.Ширипов и В.Н.Егоров (71) Минский радиотехнический институт(54)(57) 1. ПРОСВЕЧИИЦОЩИй ЭЛЕКТРО НЫЙ МИКРОСКОП, содержащий внутри вакуумной колонны электронно-оптическую систему и камеру объектов, в которой на подвижном столике установлен объектодержатель в виде патрончика, о т л и ч а ю щ и й с тем, что, с целью расширения функц нальных возможностей микроскопа за счет анализа пленок непосредственно при их нанесении или травлении, он снабжен. двумя осеснмметричными иониыии источниками с обращенными друг к другу кольцеобразными ускорительнывщ каналами и кольцевым экраном между источниками, при этом ионные источники установлены последовательно по ходу электронного пучка перед патрончиком, соосно с.оптической осью микроскопа и выполнены со сквозными цилиндрическими отверстиями вдоль оси, а диаметротверстия экрана составляет не менее наружного диаметра ускорительного канала первого но ходу пучка источника и не более диаметра сквозного отверстия второ- Е го источника, составляющего не менее диаметра входного отверстия патрон- чика.С: икроскоп,по и. 1, о т л и й с я тем, что ионн. ки выполнены но схеме ус анодным слоем.Недостатком данного устройства является невозможность непосредст-. венного,наблюдения кннетики процессов ионного воздействия, посколь-, ку бомбардировка и исследование объекта разнесены во времени. Крометого, объект должен представлять собой уже сформированную структуру, 40 пленка-подложка, т.е, при помощи данного устройства невозможно наблюдать кинетику образования и роста пленки непосредственно во время нанесения. При нанесении многоком понентных материалов возможны переходы через метастабильные Фазы, которые не могут быть обнаружены при помощи данного устройства, В то же время интенсивное развитие ионных методов нанесения пленок в вакууме 1 ионное распыление, ионное осаждение, нанесение из ионизированных потоков ), в которых конденсация материала сопровождается ионной бомбардировкой поверхности подложки, делает весьма актуальной задачу исследования и регистрации процесса наф этойфповерхности, особенно на начальных стадиях нанесения.60Цель изобретения - расширение Функциональных воэможностей ПЭМ за счет анализа. пленок непосредственно при их нанесении или травлениич 65 50 Изобретение относится к просвечи-,вающей электронной микроскопии иможет найти применение при экспериментальных исследованиях кинетикиизменения структуры и состава тонкихпленок в процессе их формирования 5методом ионного распыления мишенипри одновременной бомбардировке поверхности подложек.Известны просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ ,предназначенныедля анализа уже готовых объектов,которые устанавливаются в микроскопчерез шлюз 1,Однако они не предназначены дляанализа в процессе изготовления.Известно устройство для исследования кинетики явлений при ионномвоздействии, искдючающих воздействиевоздуха на объект, представляющеесобой вакуумную камеру с помещеннойв нее ионной пушкой и соединенную сколонной микроскопа шлюзовой системой. Объект, находящийся в вакуумной камере, подвергается ионномувоздействию, после чего перемещается специальным штоком через шлюзовуюсистему в колонну микроскопа длянаблюдения. Ионная пушка при этомвыключается, чтобы не происходиловозмущающего действия ее полей наэлектронный луч микроскопа, Затемвесь цикл повторяется 2 ,Укаэанная цель достигаетсятем, что ПЭМ, содержащий внутривакуумной колонны электронно-оптическую систему и камеру объектов,в которой на подвижном столике установлен объектодержатель в видепатрончика, снабжен двумя осесимметричными ионными источникамис обращенными друг к другу кольцеобраэными ускорительными каналамии кольцевым экраном между источниками, при этом ионные источники установлены последовательно по ходу электронного пучка перед патрончиком,соосно с оптической осью микроскопа и выполнены со сквозными цилиндрическими отверстиями вдоль оси,а диаметр отверстия экрана составляет не менее наружного диаметраускорительного. канала первого походу йучка источника и не болеедиаметра сквозного отверстия второго источника, составляющего не менее диаметра входного отверстияпатрончика.Ионные источники целесообразновыполнять по схеме ускорителей санодным слоем.На чертеже представлена схемаПЭМ в зоне камеры объектов.В вакуумной колонне 1 микроскопана подвижном столике 2 укреплен патрончик 3 с объектом 4. Перемещениестолика 2,обеспечивает небольшиесдвиги объекта относительно оптической оси микроскопа 22 вдоль которой распространяется зондирующийэлектронный пучок 5. На дополнительном столикеб, расположенном надосновным подвижным столиком , последовательно вдоль оси установленыосеснмметричные и жестко связанныедва ионных источника 7 и 8 и экран9, что обеспечивает взаимное расположение ионных пучков 10 и 11,экрана 9 и объекта 4 между собой.Смещение одной из этих частей относительно других приводит к неработоспособности устройства,Корпус каждого ионного .источникавыполнен иэ магнитомягкого материаладля,концентрации магнитных полейсоленоидов 1 или постоянных магнитов ) 12 и 13 в кольцевых ускорительных каналах 14 и 15, которые являются вместе с кольцевыми анодами16 и 17,зонами газовых разрядов иускорения ионов. По оси корпуса ионных источников выполнены сквозныеотверстия для прохождения электрон-.ного пучка, стенки которых 18 и 19также изготовлены из магнитомягкогоматериала и служат магнитным экраномуменьшающим воздействие магнитныхполей соленоидов 12.и 13 на электронный зондирующий пучок 5. Небольшиемагнитные поля рассеяния, существующие внутри. отверстий имеют осесимметричную Форму и благодаря со.осному с электронным пучком расположению ионных источников практически не влияют на качество изображения в микроскопеУстановленный междуионными источниками, соосно 5 с ним экран 9 может быть выполнен из материала, наносимого на объект 4, Диаметр отверстия экрана выполнен большим, чем наружный диаметр ускорительного канала 14 первого 1 О по ходу пучка ионного источника 7, что необходимо для беспрепятственного прохождения ионного пучка 10 к объекту 4 для его бомбардировки, и меныаим, чем диаметр сквозного отверстия второго источника 8, для беспрепятственного осаждения материала на объект. С этой же целью диаметр сквозного отверстия второго ионного источника 8 не должен быть менее диа- ф метра входного отверстия патрон- чика 3. Ускорительный канал. 14 первого ионного источника ориентирован на объект, что необходимо для бомбардировки последнего пуч ком ионов, а ускорительный канал 15 второго источника направлен на зону экрана 9, непосредственно прилегающего к его внутреннему диаметру, В этом случае поток распыляемого ЗО материала ( экрана или специально нанесенного ) попадает на объект. В колонне микроскопа выполнены подвиж" ный ввод 20 и трубка 21 подачи газа.,Устройство работает следующим . 35 образом.После получения в колонне 1 микроскопа необходимого вакуума ионные источники с помощью ввода 20 сдвигаются к периФерии камеры. Проводит О ся настройка микроскопа в соответствии с техническим описанием. Через имеющийся в колонне микроскопа юпоз на подвижный столик 2 подается патрончик 3 с объектом 4, которым слу. жит тонкая (прозрачная для электронного пучкаугольная пленка или тон-. кая пленка другого необходимбго материала, на который должна быть нанесена исследуемая пленка металла, сплава, соединения и т.д; Ионные источники с помощью ввода 20 устанавливаются на столике 6 и с помощью перемещения последнего юстируются до получения .изображения на экране микроскопа. В ионный источник через трубку 21 подается рабочий газ (Аг, й 02 и т.д. ) до давления 4-6 10 На, Если в ионных источниках для Формирования маг - нитны;". полей служат соленоиды, то 60 включается их питание и устанавливается необходимая величина тока. Иа анод 16 первого ионного источника 7 подается положительный потенциал величиной 0,5-2,0 кВ. В 65 его ускорительном канале 14 возникает разряд в.скрещенных Е.Н поляхи формируется ионный пучок 10, который направлен на объект. Осе-.симметричная форма ионного пучкадает возможность свести к минимуму искажения траектории электронного зондирующего пучка 5. Ионнымпучком 10 производится ионная очистка поверхности объекта 4. Состоя"ние структуры объекта контролируется на экране микроскопа путем наблюдения структуры или дифракционнойкартины. Контроль осуществляется непосредственно в процессе ионнойочистки. По окончании ионной очистки питание анода 16 выключается ивключается питание анода 17 второго источйика 8. Ионы сформированного пучка 11 бомбардируют экран 9,производя его распыление. Распыленный материал экрана попадаетна объект 4 и конденсируется на егоповерхности в виде тонкой пленки,Контроль роста пленки проводитсяпутем наблюдения структуры и дифракционной картины на экране микроскопа. Состав пленок контролируется путем регистрации характеристического рентгеновского излучения.Если .пленка должна . наноситься вусловиях ионной бомбардировки, тоодновременно запитываются оба анода 16 и 17, Энергия ионов регулируется напряжением питания анодов,которое осуществляется от отдельных источников. При исследованиипроцессов ионного травления свеженаиесенных пленок анод 16 включаетсяпосле того, как закончилось распыление мишени, т.е. выключен анод 17. Таким образом, рассмотреннйй ПЭМ обеспечивает исследование кинетики процессов при ионно-лучевом нанесении тонких пленок различных, в том числе и многокомпонентных материалов, ионной очистке объектов и ионном травлении пленок, сформированных на поверхности объекта, конденсации материала на поверхности объекта в условиях ионной бомбардировки последнего; анализе состава и структуры многокомпонентного объекта в процессе распыления его ионами. В зависимости от задачи могут использоваться либо только один из ионных пучков, либо оба одновременно., Непосредственно в течение указанных процессов происходит наблюдение изменения структуры исследуемого объекта на экране электронного . микроскопа по изображению или диф ракционной картине и Фиксации результатов путем Фотографирования, а также регистрации состава по характеристическому рентгеновскому излучению10356 79 Составитель . В. ГавркианРедактор К.Волоцук Техред И.Метелева, . Корректор.4 феРенцю ьЬв аю тЗаказ 5844/53 Тираж 203 . ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений н открытий113035, .Москва В, Раушская наб., д. 4/5Ювйфилиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 жоаким образом, зф 4 ективность устройства заключается э расыиренин функциональных возможностей микроскопа путем анализа кинетики изменения структуры и состава тонких пленокнепосредственно в процессе ионно-лучевого нанесения, ионнойочистки., ионной бомбардировки иионном покрытии.