Brevet FR2153046A1 — publié le 19730427

La présente invention se rapporte d'une manière générale à un microscope électronique à balayage qui permet l'observation d'une image provenant d'électrons secondaires. L'invention concerne plus particulièrement un microscope électronique à balayage possédant des moyens pour éliminer les électrons parasites indésirables inclus dans le faisceau électronique pour irradier un échantillon. Le principe général du microscope à balayage est le suivant. Un faisceau finement focalisé d'électrons frappe et balaie la surface d'un échantillon ce qui permet à l'échantillon d'émettre des électrons secondaires suivant un certain débit. Ces électrons secondaires sont ensuite détectés et convertis en un signal électrique dont l'amplitude est proportionnelle au débit ou au rythme auquel les électrons sont détectés. Ce signal est ensuite appliqué à la grille de commande d'un tube à rayons cathodiques afin de moduler la brillance du tube qui effectue un balayage en synchronisation avec le faisceau d'électrons primaires. Ainsi, une image agrandie de l'échantillon est formée sur l'écran du tube à rayons cathodiques. Cependant, dans un microscope électronique à balayage classique, les électrons secondaires détectés par le détecteur comprennent non seulement is électrons secondaires émis depuis l'échantillon mais également des électrons parasites de faible énergie inclus dans le faisceau d'électrons primaires lorsqu' il passe au travers du système à lentilles formant condenseur. Il en résulte que le bruit de fond est augmenté au centre de l'image forméepar les électrons secondaires, et que l'analyse quantitative des électrons secondaires émis depuis l'échantillon devient difficile. Par conséquent, le but principal de la présente invention est d'éliminer les électrons parasites susmentionnés et de faible énergie du faisceau d'électrons primaires. Ce but est réalisé en incorporant une électrode de retardement maintenue à un potentiel négatif ou des moyens de déviation présentant une certaine valeur ou amplitude de champ au voisinage du champ de la lentille près de l'échantillon, de façon à éliminer les électrons selon la différence d'énergie entre les deux groupes d'électrons, ctest-à-dire les électrons primaires et les électrons parasites ou vagabonds. D'autres buts et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique du système de lentilles d'un microscope électronique à balayage classique; - les figures 2 et 7 sont aussi des schémas montrant des modes de réalisation de la présente invention comportant une électrode de retardement maintenue à un potentiel négatif; et - les figures 4 et 5 sont des schémas montrant des modes de réalisation de l'invention comprenant des moyens de déviation présentant une certaine amplitude ou analogue de champ. En se reportant à la figure 1, on voit que le repère 1 désigne une colonne optique pour électrons, le repère 2 désigne un canon à électrons destiné à engendrer un faisceau d'électrons primaires 3 qui passe au travers d'une anode 4, d'un premier condenseur 5, d'un premier orifice de condenseur 5, de bobinages de déviation de balayage 7x et 7g, d'une deuxième lentille formant condenseur 8 ou condenseur final, et d'un deuxième orifice de condenseur 9, pour finalement frapper ou tomber sur un échantillon 10 placé sur une platine 11. Les repères 12 et 13 désignent un support pour maintenir en place les orifices 6 et 9. Une source de tension continue 14 relie l'échantillon à l'entrée d'un détecteur 15, dont la polarité est prévue de façon à attirer les électrons secondaires émis depuis l'échantillon dans ledit détecteur 15. Dans le détecteur, les électrons sont convertis en un signal électrique qui est amplifié par un amplificateur 16 avant d'être appliqué à la grille d'un tube à rayons cathodiques 17 comme signal de modulation de brillance. Finalement, un générateur de balayage 18 fournit un signal aux bobinages de déviation 17x et 17y formant partie de moyens de visualisation, ainsi qu'aux bobines de déviation 7x et 7g, afin d'afficher une image correspondant aux électrons secondaires, sur l'écran du tube à rayons cathodiques.Il suffit de dire des électrons primaires engendrés par le canon à électrons que seulement une très petite partie d'entre eux réussit à atteindre la surface de l'échantillon. La majorité des électrons frappe en fait la surface des plaques de condenseur avec orifice, ou bien la paroi interne des condenseurs ou lentilles, et sont absorbés ou diffusés par elles. Les électrons diffusés rejoignent le faisceau électronique primaire après avoir perdu la plus grande partie de leur énergie (vitesse) en raison des chocs répétés. De plus, le choc des électrons primaires produit de nombreux électrons secondaires qui trouvent également leur chemin dans le faisceau d'électrons primaires.Il en résulte que le faisceau est constitué d'électrons primaires ayant une vitesse élevée et d'électrons 19 secondaires et diffusés ayant une faible vitesse, les électrons de faible vitesse étant collectivement appelés ci-après "électrons parasites". Lorsque le faisceau d'électrons atteint les bobinages de déviation, la plupart des électrons parasites sont empêchés de passer danskes bobines, étant donné que leur angle de déviation est beaucoup plus grand que celui des électrons primaires en raison de leur différence d'énergie. Cependant, lorsque le champ électrique ou magnétique de déviation est nul ou voisin de zéro, c'est-à-dire au point milieu de la zone de balayage sur laquelle le faisceau frappe l'échantillon, la plupart des électrons parasites passent dans les bobinages et parvient à l'échantillon.Lorsqu'ils atteignent le champ magnétique axialement symétrique produit par le deuxième condenseur ou condenseur final, le rayon de leur chemin en spirale devient inversemet proportionnel à l'intensité du champ. De la sorte, lorsque le champ de lentille ou de condenseur est assez fort pour focaliser le faisceau d'électrons primairessur l'échantillon, le rayon de spirale des électrons parasites devient très petit, ce qui leur permet de passer au travers du deuxième orifice de condenseur (ou condenseur final) et d'atteindre le voisinage de l'échantillon où ils sont captés par le détecteur en même temps que les électrons secondaires émis par l'échantillon. Il en résulte que l'image formée sur l'écran n'est pas une image pure d'électrons secondaires mais contient un signal de bruit de fond qui rend le centre de l'image brillant. in se reportant maintenant à la figure 2, on voit le deuxième condenseur et la chambre à échantillon d'un microscope électronique à balayage selon l'invention. Sur cette figure, des moyens pour éliminer les électrons parasites de faible énergie des électrons primaires d'énergie élevée) sont placés juste au dessus de l'orifice de lentille 9, lesdits moyens comprenant trois plaques, platines ou analogues non magnétiques 20, 21 et 22 ainsi que deux couches isolantes 23 et 24. Les plaques 20 et 22 sont maintenues à la masse et la plaque 21 formant électrode de retardement est maintenue à un potentiel négatif,par exemple de - 10 à - 30 volts environ au moyen d'une source de tension continue 25. Ainsi, les électrons parasites compris dans le faisceau d'électrons primaires sont réfléchis par le champ électrique formé au dessus de l'orifice 9 et sont ainsi empêchés de passer au travers de l'orifice et d'atteindre le détecteur. D'un autre côté, les électrons primaires, étant donné leur vitesse élevée, restent en course et frappent la surface de l'échantillon comme il est requis. I1 est à noter que les plaques 20 et 22 fonctionnent comme des blindages seulement et né sont pas toujours nécessaires. Le mode de réalisation représenté sur la figure 3 diffère légèrement de celui décrit ci-dessus, en ce qu'une électrode de retardement 26 est fixée sous la pièce polaire 27 de la lentille 8 par l'intermédiaire d'un isolant 28, et est maintenue à un potentiel négatif au moyen d'une source de tension continue 29.Ainsi, les électrons parasites groupés le long de l'axe optique près du champ de lentille sont réfléchis par le champ électrique formé au dessus de l'électrode de retardement 26. La figure 4 montre un autre mode de réalisation suivant l'invention et comprenant des moyens de déviation électrostatiques près du champ de lentille ou de condenseur de façon à faire dévier les électrons parasites se trouvant le long de l'axe optique près du champ de lentille. Les moyens de déviation se composent d'électrodes de déviation 30 et 31, de deux isolants 32 et 33 et d'une plaque de support 34. Une source de tension continue 35 maintient l'électrode 30 à un potentiel négatif et l'électrode 31 à un potentiel positif. Par conséquent, les électrons parasites le long de l'axe optique près du champ magnétique élevé sont déviés et ainsi empêchés de passer au travers de l'orifice. La figure 5 montre encore un autre mode de réalisation suivant la présente invention. Ce mode de réalisation comprend des moyens de déviation magnétiques proches du champ de condenseur. Dans ce cas, les moyens de déviation sont constitués par des solénoïdes 36 et 37, une source de courant continue 38 et une plaque-support 39. Le rôle de ces moyens de déviation est le même que pour le mode de réalisation montré sur la figure 4. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Microscope électronique à balayage pour observer une image provenant d'électrons secondairejémis par un échantillon, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour éliminer les électrons de basse énergie des électrons primaires d'énergie élevée produits par un canon à électrons, lesdits moyens étant disposés au voisinage d'une lentille formant condenseur près dudit échantillon. 2.- Microscope suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens précités comprennent une électrode de retardement maintenue à un potentiel négatif. 3.- Microscope suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'électrode de retardement précitée est maintenue à une tension comprise entre environ -10 et- -30 volts. 4.- Microscope suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens précités comprennent des moyens de déviation électrostatiques. 5.- Microscope suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens précités comprennent des moyens de d éviation magnétiques.