Brevet FR2007377A1 — publié le 19700109

099S7 Cette invention a pour objet un appareil dans lequel un faisceau d'électrons est astreint à frapper sur eu an'JMins à venir se placer sous l'influence de la surface d'un échantillon de substance examiné, l'effet résultant de l'échantillon sur le faisceau ou sur 5 les électrons secondaires ou d'autres particules produites dans l'échantillon par le faisceau étant observé au moyen d'un équipement détecteur. C'est ainsi» peur exemple, que dans un microscope électronique, le faisceau est focalisé ou concentré en m pinceau ou une sonde extrêmement fine qui ne rencontre qu'une très petite 10 surface de l'échantillon n'ayant» par exemple, qu'un diamètre de l'ordre d'un micron* Le faisceau ou l'échantillon est déplacé latéralement» le plus souvent dans deux directions mutuellement perpendiculaires pour obliger le faisceau à balayer des régions sélectionnées de la surface de l'échantillon suivant une trame et 15 les électrons secondaires qui sont émis par l'échantillon sont captés par un détecteur et appliqués à la commande de brillance d'un dispositif enregistreur tel qu'un tube à rayons cathodiques dont l'écran est bplayé en synchronisme avec le faisceau électronique, De cette façon, une image est produite sur l'écran» qui re-20 présente le contraste résultant des variations dans la topographie, la distribution des potentiels, le champ électrique ou magnétique ou les autres effetsesistant à la surface de l'échantillon* De mime» dans un dispositif de micro-analyse par balayage et rayons X» un faisceau d'électrons ou ce que l'on dénomme une sonde élec-25 tronique est astreint à balayer une zone sélectionnée de la surface de l'échantillon et les rayons X résultants émis par l'échantillon de la substance sont analysés pour mettre en évidence la composition de la surface* Le balayage obtenu par déplacement de l'échantillon lui-même 30 est très limité au point de vue vitesse et, dans la pratique, il est généralement préférable de faire dévier le faisceau* Ce résultat peut être obtenu électrostatiquement ou électromagnétiquement d'une manière sensiblement similaire à celle qui est employée dans un tube à rayons cathodiques, en utilisant une paire de plaques ou 35 d'enroulements pour chacune des deux directions de déviation mutuellement perpendiculaires* Toutefois, avec cette simple disposition, le système de déviation ne peut être employé en conjonction avec line lentille-objectif finale qui, pour des raisons qui n'ont pas besoin d'être discutées iei, offre un très petit orifice par 2 2007377 69 09987 lequel doit passer le faisceau, en mime temps que cette lentille doit avoir une courte distance focale et, par conséquent, se trouver très voisine de l'échantillon. Le physicien Duncumb a surmonté cette difficulté et a trouvé une possibilité pour placer le systè-5 m de déviation dans ou «a avant de la lentille finale en utilisant un double système de déviation pour chaque direction dans laquelle le faisceau est dévié d'abord d'une façon et ensuite de l'autre, de sorte que bien que son inclinaison soit modifiée pendant le balayage» il passe toujours par le centre de l'orifice 10 de la lentille finale» Ainsi, le faisceau parait osciller au ni» veau de l'échantillon autour d'un point situé an centre de cet orifice final* Le but de la présente invention est de permettre la réalisation d'un mode de coroenfle particulièrement souple et complet en oe 15 qui concerne la façon dont le faisceau approche et (ou) frappe la surface de l'échantillon, en particulier son angLe d'incidence qui, dans les constructions connues, varie pendant le mouvement de balayage surtout quand l'amplitude du balayage est importente• Conformément à l'invention» des organes interdépendants sont 20 prévus pour faire dévier le faisceau, dans un plan de déviation donné» au niveau de trois points successifs au moins Au parcours du faisceau* Comme le montre la suite de cette description, ceci permet au faisceau d'effectuer un balayage de la région sélectionnée de l'échantillon suivant un mouvement de va-et-vient dont 25 l'amplitude est plus importante, tout en demeurant à tout moment normal à la surface* â titre dé variante, le faisceau peut effeo-tuer un balayage suivant un mouvement de va-et-vient et selon un angle constant différent de 90** Sa effectuant deax balayages selon deux angles différents, on peut obtenir des effets stéréosoopiques* 30 ' lormalemsnt, quand le faisceau balag»:r une sone de l'échantillon suivant une trame rectangulaire, le faisceau étant dévié dans deux plans mutuellement perpendiculaires, ce balayage à trois étages peut être appliqué indépendamment aux deux directions de balayage* 35 L'invention sera plus complètement décrite ci-après, simplement h titre d'exemple d'ailleurs, en regard des dessins annexés Hmnm lesquels :- La fig* 1 est une représentation schématique de la base de l'invention. 40 Les fig* 2 et 3 sont des représentations sommaires mettant en 69 09987 3 2007377 évidents* des applications particulières de l'invention. la fig. 4 représente plus complètement, mais sous forme schématique, une autre application de l'invention. Dans 1*instrument illustré sur la fig. 1» on n'a pas repré-5: senté le aeiion fe électrons au niireau cluqusl le faisceau d'eiec-\rene çct rreduit* ai la première» lentille, mais seulement le ..faiceeau «iKl-'nrit le-e traite interrompue Bc la lantiHe- ,objectif fiaale h t--i 11 éelientiHoa S coun&a à l'examen. On n'c.r&e représenté aan «lue le déteeteur qui capte les électrons 1C, secondaires ou les électrons provenant de la ré.troâiffusion ou •me autre radiation telle sue des rayons X résultent de l£impact du faiBceau d'électrons B sur l'échantillon S« Pour obliger le faisceau à balayer une zone de l'échantillon . orresiojidnnt au plan du dessint il est prévu un système de dévia-15.'.tien comprenant traie étages séparée 1)1, B2 et D3t tous couplés lèe une aux autres. Ces étages sont représentés schématiquement sous la forme de paires de plaque© et, en fait, ils peuvent être électrostatiques, mais ils sont de préférence électromagnétiques, et se présentent sous la ferme de paires d'enroulements. Ces éta-£0 ges sont couplés de la façon la plus commode par un simple montage en série de sorte qu'ils supportent tous le gême courant, l'étage Bl dévie le faisceau dans une direction et l'étage suivant D2 lui communique une déviation inverse ayant deux fois la même valeur, de résultat peut être obtenu en donnant aux enroulements de l'éta-25 ge D£ deux fois plus de spires qu'à ceux de l'étage D1. Ensuite, " lorsque le courant parcourant les enroulements varie, le faisceau est'dévié avec un écart plus ou moins grand par rapport à son parcours en ligne droite, mais si l'étage D2 estami-chemin entre l'étage D1 et un orifice A de la lentille-objectif finale 1, le 30 faisceau va toujours passer par le centre de cet orifice. Ainsi, l'orifice peut être très petit (ce qui est désirable pour des raisons qui n'ont pas besoin d'être discutées ici) sans limiter l'amplitude du balayage. l'étage 1)3 communique alors au faisceau une déviation inverse 35 jusqu'à ce qu'il soit parallèle à son parcours initial, mais décalé latéralement par rapport à lui. Il est généralement possible de loger cette paire unique d'enroulements entre l'orifice final A et la surface de l'échantillon 3, malgré la faible distance qui les sépare* BAD ORIGINAL 69 09987 4 2007377 Sans l'exemple décrit, les enroulements de 1*étage D3 ont le même nombre de spires que les enroulements de 1* étage 2)1* Toutefois, on conçoit que les nombres des spires des trois étages peuvent être ajustés, selon les besoins et suivant les distances qui 5 les séparent les mes des autres mutuellement et par rapport à lbrifice A la long de l*axe du faisceau* En outre, ils peuvent tous être montés en parallèle plutôt qu'en série» SI use forme d'onde en dents de soie est appliquée asx trois étages de déviation 11, 2)2 et D3, le faisceau B effectue un bala-10 yage suivant on mouvement de va-et-vient le long d9une ligne de la surface de l'échantillon, mais pendant tout ce mouveaenî» de balayage, le faisceau frappe l'échantillon suivant une direction normale à sa surface* Ceci donna la certitude que tous les effets, surtout ceux dus à la topographie de la surface, pour lesquels la réponse dépend de l'angle d1 incidence du faisceau, ne sont pas masqués ou faussés par une variation de cet angle pendant le bala-yage. Il convient dfinsister sur le fait que les angles de déviation et l'amplitude du mouvement ont été grossièrement exagérés 20 pour des buts à*illustration* Sans la pratique, dans un exemple typique, le diamètre d'un poin$ d'impact du faisceau sur l'échantillon n'est que légèrement supérieur à un micron et l'emplitude totale du balayage au niveau de la surface de l'échantillon ne représente q«© quelques centaines de microns* 25 Pour balayer une zone rectangulaire de l'échantillon, il est prévu normalement un second système de déviation qui dévie le faisceau dans un plan perpendiculaire au plan du dessin et auquel on applique tsn signal en dents de soie ayant une fréquence 300 fois plus faible, par exemple, que celle du premier système men-30 tienné, pour obtenir un balayage à 300 lignes* Il n'est aucunement essentiel que le faisceau frappe la surface de l'échantillon suivant une direction normale à celle-ci* Bien au contraire, grâce à une commande appropriée du courant V.-tslatlf aux trois étages de déviation, 11 est possible d'obliger 35 le faisceau à frapper le spécimen selon n'importe quel angLe désiré, cet angle demeurant constant pendant la totalité de la largeur du balayage* Ceei est Indiqué sehématiqusaent dans la fig*2* ££é«uipsmaat de commande nécessaire à l'obtention de ce résultat n'a pas besoin d'être décrit loi car sa construction sera aisément 5 2007377 69 09987 comprise des spécialistes. Il est évident que l'utilisateur de l'appareil peut avoir à sa disposition un bouton de commande qui, moyennant un réglage approprié des courants relatifs aux trois systèmes de déviation, lui permet de sélectionner n'importe quel 5 angle d'incidence pouvant atteindre jusqu'à 20° de chaque côté de la normale, par exemple. Cette facilité permet d'effectuer un examen selon des angles variables sur deB surfaces particulières d'un échantillon» et permet par exemple, des phases d'examen avec une facilité parti cu-10 lière et sans qu'il soit nécessaire, comme cela était le cas jusqu'à présent, d'incliner l'échantillon lui-même selon des angles variables par rapport au faisceau. ZI pourrait y avoir quatre ou un plus grand nombre d'étages de déviation successifs mais trois étages donnent la souplesse 15 totale de commande dont on a besoin normalement. Suivant un perfectionnement supplémentaire qui est mis en évidence schématiquement dans la fig. 3» le faisceau est commuté entre deux inclinaisons opposées indiquées par B1 et £2. Si la commutation est effectuée rapidement, et si le signal provenant du dia-20 positif détecteur est commuté alternativement en synchronisme et appliqué à deux dispositifs de représentation, il est possible de représenter une paire d'images se trouvant dans une certaine rala tion stéréoscopiqus l'une par rapport à l'autre. Si ces images sont alors combinées de la manière usuelle, l'image stéréoscopiqus 25 complète de la surface de l'échantillon est obtenue, la commutation peut être effectuée,par exemple, entre les lignes alténxées du balayage ou, si le balayage est suffisamment rapide, entre les images alternées. Dans la fig. 4 est représentée une autre application possible 30 de l'invention, à savoir une application à un microscope électronique dénommé à miroir. Sans la technique des microscopes électroniques à miroir classiques, un faisceau d'électrons a la possibilité d'approcher l'échantillon mais celui-ci est maintenu à un potentiel égal ou même légèrement négatif par rapport à celui du 35 canon à électrons au niveau duquel le faisceau est produit, de sorte que le mouvement des électrons est retardé par le champ existant à proximité de la surface de l'échantillon, à tel point que les électrons sont arrêtés et subissent en réalité une accélération qui les écarte de la surface sans y avoir pénétré. Les éleotrons s 2007377 69 09987 sont fortement influencés par n* importe quel champ électrique eu aajg&étique présent tandis qu'ils s® déplacent lentement à proximité de la surface de 1 'ésih&ntillon et il ©a résulte que la direction âas® laquelle ils s'écartent dépend de ces champs» à» tell® sorte 5 fus ci les électrons de jeteur sesrè eapturés, il est p©sslll© ê® former à partir d'eux me image contenant des reneeigneaiénfts concernant les champs existant au niveau de la surface de l'^Gàaan*»-sillon. L'appareil qu» contre la fig. 4 fonctionne s©l@a lo. aime prte-10 ®ipe usais utilise une sonde finissant concentrée qui balaye une zone de 1*échantillon àelon me certaine séquence dans 1® temps, «t l'image est formé® sur l'écran dhsa tube à rayons cathodiques s^mehronisé. Ainsi, la différence est analogue à celle qui existe ®ntre ue. ssier©se©pe éleotreniqua ©lassique et ua mioroeeope élee-15 tronique à iaaage® coajuguées elaesiqa®® 1-3© électrons produits par 1© oaaon à éleetroac §• traversent les lentilles uau«ll®e 3^ et Lg qmi peuvent être éleetsêat&tlqtaea ou électromagnétiques {elles sont représentées peur la eosœsdité d« l'illustration semblables à des lentilles optiques) «t §©nt iO focalisés ©m ©©aesntrés en une. fine soade par une IsntiHe-objee-tif Ij pourvu© d'un orifice A« I® faisceau ou la sonda éleatroni-qm pass® als^s à travers vaa. tripl® système de déviation M 9 ®2g 33 du typ© décrit ci-avant, et une lentille convergente final» pour approcher l'échantillon Sa Cteliïi-oi, maintenu à m. potsatial 25 «gai légèrement négatif par rapport à celui du omm. &9 fait office de miroir, et les électrons, ®a l'absence d'us champ perturbateur qnslçonque, retournent en empruntant leur parcours d'arrivée, au soins jusqu'à ce qu'ils atteignent l'étage de déflexion 33* Si l'on suppose que le système de déviation est électromagné-30 sique plutôt qu*électrostatiqueg les électrons se déplaçant maintenant dans la direction opposée sont déviés de la façon opposée ï'zam indiqué ®t ssont captés par un appareil à scintillation ï à partir duquel m orgaa© tabulaire de transpission de la lumière P aboutit à un® eellule photo=-él®étriqué (non représentée) qui four*» 35 ait m signal électrique dépeçant du nombre des électrons captés. Ce signal commande la brillance â'une représentation fournie par ua tube à rayons cathodiques dont la balayage s'effectue en synchronisme avec celui du faisceau êsélectrons* Dans les régions de l'échantillon, où. s® trouve un êtes© do distorsion électrique eu 69 09987 7 2007377 magnétique, les électrons sont déviés et ne pénètrent pas dans l'orifice de l'appareil à scintillation, de sorte qu'il se produit une modification du signal et que, de cette façon, l'image qui apparaît sur 1* écran du tube à rayons cathodiques fournit des rensei-5 gnements au sujet de la répartition du champ dans l'échantillon. Ainsi, dans l'appareil que montre la fig. 4, le triple système de balayage que prévoit l'invention est utilisé pour faire dévier le faisceau sans l'incliner, comme c'est le cas dans la disposition représentée par la fig. 1, mais en vue de lui pexmet-10 tre de suivre un parcours contournant l'appareil à scintillation ï lors du trajet initial vers l'extérieur mais pénétrant dans cet appareil lors du trajet de retour. Suivant une variante de réalisation possible, le système de déviation peut être électrostatique et sert donc encore à guider 15 le faisceau incident autour de l'appareil à scintillation; Mais, en pareil cas, une déviation électromagnétique séparée doit être introduite pour dévier le faisceau de retour par rapport au parcours du faisceau incident. Dans la fig. 4 est représenta une lentille divergente placée 20 à proximité de l'échantillon S. U ne s'agit pas d'une lentille réelle, mais sa représentation est destinée à indiquer le fait que l'échantillon lui-même fait office de miroir, et agit comme élément faiblement divergent qui contribue à compenser les distorsions correspondant à la lentille convergente finale. 25 L'appareil que montre la fig. 4 peut également être employé comme un microscope à miroir conventionnel en supprimant le balayage et en introduisant un écran fluorescent représenté en traits interrompus en F, et en éliminant les systèmes de balayage et de conformation de la sonde électronique. Cet appareil peut être uti-30 lisé comme un microscope à balayage classique en interrompant l'alimentation du triple système de balayage et en prévoyant un système classique représenté par les traits interrompus, introduits en D4 et D5, ainsi qu'un appareil à scintillation ou un autre dispositif détecteur comme figuré en M* 35 Les détails de construction peuvent être modifiés, sans s'é carter de l'invention, dans le domaine des équivalences techniques. 69 09987 8 2007377 ÎETEIDiq.Af IOIB 1Appareil à faisceau électronique dans lequel un faisceau d'électrons est astreint à frapper ou au moins à Tenir se placer sous l'influence de la surface d'un échantillon examiné» l'effet 5 résultant de l'échantillon sur le faisceau ou sur les électrons secondaires ou d'autres particules produites par le faisceau étant observé au moyen d*ua équipement détecteur» le faisceau étant dévié transversalement suivant un mouvement de va-et-vient dans au moins un pieu, afin de balayer une partie de la surface de 1® échantillon, 10 caractérisé en ca que le système de déviation servant à 4dvier le faisceau dans le plan pxtâcité comprend au moins trois é'èages de déviation espacés le long du parcours du faiseesa* 2c- Appareil à faisceau d'électrons suivant la revendication 1» caractérisé en oe que les étages iie déviation sont couplés â® 15 façon à faire dévier le faisceau tout d'abord dans une dlsecti^n située dans le plan précité,puis dans la direction opposée et finalement à nouveau dans la première direction. 3>.~ Appareil à faisceau d'électrons suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les étages de déviation sont étMiés de 20 fagon que pour toutes les amplitudes de déviation correspondant à la atone de fonctionnement, le faiseeau passe sensiblement par m. point fixe situé entre le second et le troisième étages* 4*- Appareil à faisceau d'électrons suivant la revendication 3» caractérise en ce que ce point fixe est constitué pas? un orifi-25 ce pratiqué dans une lentille-objectif utilisée pour donner au faisceau la fozme d'urne fine sonde électronique* 5«~ Appareil à faisceau d'électrons suivant l'uma quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la direction du parcours du faisceau après qu'il a quitté le troisième étage de 30 déviation est parallèle à sa direction initiale* 6*- Appareil à faisceau d'électrons suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4» caractérisé en ce que les influences relatives des étages successifs sont réglables de façon à modifier l'angle que fait le faisceau aveo sa direction initiale après 35 avoir quitté le système de déviation* 7*- Appareil à faisceau d'électrons suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4» caractérisé en ce qu'il eBt équipé d'un dispositif de commutation permettant de commuter l'inclinaison du faisceau par rapport à l'échantillon entre deux valeurs» et en ce 40 que l'équipement de détection est capable de représenter deux ima- 09987 9 2007377 280 liées de façon stéréoscopique, respectivement à partir de 18effet de l'incidence du faisceau sur 1§ échantillon selon ces deux ongles d'inclinaison. &*- Appareil à faisceau d'^Leetsroas smivaafé la revsndicatioa 1, destiné à un microscope yl®era»niç,ue à saisis? stiilisé pour 1*examen d'un échantillon, caractérisé «a a© g,®® i'aisceau d®ê=> lecvrons est astreint à revenir depuis lso®Sisœïèi21iSa sans y aveis1 pénètre, on suivant ma $ùsm- tion. «®- Appareil à faisceau d^ëleetîesîïâ auiva&'è la sevenâiea'èieïa, t9 caractérisé en de tu'aa aoias M sâaasaàes» étage su @prêè» â« déviation »6t ilectromaipaétiqis® si faâS â&zâdr 1® faisceau â9él®e=-trons &e swccw «a i^éeassBaaïS m. paspeouss ûs ïààiseeau iEaiâenls *xl l'introduisant