Brevet FR2180521A1 — publié le 19731130

L'invention a pour objet la détection de l'effet produit en un point donné d'un objet soumis à un bombardement électronique. C'est notamment le problème de la formation d'un point image, dans un microscope électronique, du type à balayage, c'est-à-dire, dans lequel un pinceau très fin d'électrons frappe successivement les points d'une bande constituant une ligne de balayage à la surface d'un échantillon. l'image se forme, finalement, sur l'écran d'un oscilloscope auxiliaire dont le pinceau cathodique est modulé en intensité en fonction de l'effet produit en chaque point du "balayage" initial. Parmi les effets produits, on peut citer l'émis- sion de rayonnement (lumière ou rayons X), la création de porteurs de charge dans l'échantillon et surtout la production d'électrons. Cette production est souvent utilisée, mais ici, il faut distinguer toutefois, les électrons provenant de l'émission dite "secondaire" par la substance de I'échantillon et d'autre part les électrons provenant de la diffusion élastique des particules du pinceau cathodique au sein de la structure de l'échantillon. Lorsque le coefficient d'émission secondaire est faible, ce que l'on supposera dans le cadre de l'invention, on recueillera, dans une direction orientée vers l'arrière de l'échantillon une majorité d'électrons "rétrodiffusés". On connalt plusieurs procédés permettant de moduler un signal électrique en fonction du nombre d'électrons rétrodiffusés a) les électrons rétrodiffusés sont reçus sur un scintillateur ou un écran luminescent. La lumière recueillie est transformée en signaux électriques par un photomultiplicateur suivi d'un détecteur. Mais, ce procédé n'est pas d'une grande sensibilité et est,en outre, affecté d'un bruit de fond important. b) les électrons rétrodiffusés sont reçus sur un détecteur semiconducteur dans lequel ils créent des porteurs de charge qui induisent un courant électrique. Mais, ce procédé est très sensible à l'émission de rayons X et de lumière par ltéchantillon. c) les électrons rétrodiffusés sont reçus à llentrée d'un tube multiplicateur d'électrons. Mais ce procédé n'est pas très sensible car l'orifice du tube ne peut pas être très grand, si bien qu'une partie seulement des électrons rétrodiffusés est détectée. Si on augmente le diamètre de l'orifice d'entrée, on est limité par l'encombrement et par le fait qu'on peut créer alors un champ électrique parasite nuisant à la qualité de l'image. L'invention concerne le troisième procédé. Elle remédie aux inconvénients précités en utilisant un très grand nombre de tubes montés en parallèle. Be dispositif selon l'invention est du type comportant une galette percée d'une multitude d'orifices cylindriques d'axes parallèles entre eux et perpendiculaires aux grandes faces de la galette, les parois internes desdits orifices étant revêtues de matière à fort coefficient d'émission secondaire et lesdites grandes faces étant recouvertes par des électrodes de polarisation ajourées de manière à laisser ouverts lesdits orifices. Il est caractérisé en ce que ladite galette est en outre percée d'une fenêtre suffisamment grande pour laisser passer le pinceau cathodique de balayage dans toutes ses positions et qu'une électrode de recueil des électrons secondaires, disposée à la sortie desdits orifices comporte également une fenêtre pour le passage dudit pinceau. L'inocntion sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaRtront au moyen de la description qui suit et des dessins annexés parmi lesquels La figure 1 est un schéma de principe du fonctionnement d'un tube multiplicateur d'électrons. La figure 2 montre en coupe l'assemblage d'un certain nombre de ces tubes pour constituer un dispositif selon l'invention. ta figure 3 représente en coupe un mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. On a représenté, figure t, les éléments essentiels d'un multiplicateur d'électrons de type connu, ne comportant qu'un seul tube. Cc tube 1 est réalisé avec un matériau peu conducteur de ltélectri- cité, par exemple en verre au plomb. Il est ouvert à ses deux extrémités 11 et 12 et maintenu entre deux électrodes métalliques 2 et 3 ayant les mêmes diamètres externe et interne que le tube 1 de façon à laisser l'accès du tube entièrement libre à chaque extrémité. les dimensions du tube sont très petites, par exemple les suivantes ::loni;ueur 1600 microns, diamètre 40 microns. na paroi interne est revetue d'un matériau 4 à fort coefficient d'émission secondaire par exemple de 11 oxyde de plomb dans le cas du verre au plomb. les électrodes 2 et 3 sont reliées aux bornes d'une source 5 de potentiel continu qui maintient entre elles ane différence de potentiel importante par exemple 1000 volts. Une électrode 6 est placée devant l'extrémité 12 du tube 1 et reliée au pôle positif d'une source de tension continue 7 dont le pôle négatif est relié à l'électrode 3 à travers un détecteur d'effet secondaire 8.On a représenté, figure 1, un galvanomètre 81, faisant partie du détecteur 8, mais il est évident que celui-ci comporte aussi une impédance (non représentée) aux bornes de laquelle on recueille la tension de modulation de ltoscilloscope de visualisation du microscope électronique à balayage. Pour illustrer le fonctionnement du dispositif, on a représenté un électron 14 suivant une trajectoire rectiligne 15 le faisant pénétrer dans le tube 1. Au point d'impact 16 sur la paroi 4, on a une émission secondaire : on a représenté deux trajectoires d'électrons 17 et 18, qui sont des paraboles en raison de l'action du champ électrique H règnant entre les électrodes 2 et 3. Chacune des trajectoires donne naissance, au point d'impact sur la paroi, à d'autres émissions secondaires, d'où résulte une multiplication des électrons. Ceux-ci sont recueillis par l'électrode 6 et les charges déposées sur cette électrode s'écoulent en donnant naissance à un courant I traversant la source 7 et le détecteur 8. Ce courant est, en définitive, très supérieur au courant d'électrons entrant dans le tube par l'ouverture 11. On a représenté en coupe, figure 2, un assemblage selon l'invention, comportant un grand nombre de tubes analogues au tube 1. La galette d'assemblage 20 est un disque possèdant une ouverture centrale 201 et des canaux202 qui constituffit utant de tubes anale gues au tube 1. tes électrodes 203 et 204 sont ajourées des façon à ne pas obturer les canaux. Elles sont reliées par des connexions 205 et 206 aux bornes 51 (+) et 52 (-) de la source 5. L'ouverture 201 est assez grande pour laisser passer le pinceau cathodique 21 balayant l'échantillon 22. On retrouve ici l'électrode 6, la source 7 et le détecteur 8 de la figure 1. Toutefois, l'électrode 6 comporte une ouverture centrale 61 sensiblement de même diamètre que l'ouverture 201. Elle est reliée au détecteur 8 par une connexion 62. On voit sur la figure 2, Que le disque 20 peut être traversé par des électrons rétrodiffusés parcourant, par exemple, une trajectoire 15 faisant un angle "a" avec l'axe du pinceau 21. Dans le cas d'un disque de 25 mm de diamètre percé de canaux de diamètre de 40 -microns, dont les axes sont espacés de 50 microns, on dispose de plwU de 100 000 tubes multiplicateurs d'électrons. Si la distance entre le disque et l'échantillon est du même ordre de grandeur que le rayon du disque, ctest-à-dire de l'ordre du centimètre, l'angle "a" pourra atteindre environ 450 et l'on recueillera ainsi les électrons se trouvant dans un angle solide représentant la moitié de l'espace où l'on trouve des électrons rétrodiffusés c'est-à-dire émis vers le haut par l'échantillon 22. On a representé en coupe, figure 3, un exemple de réalisation pratique du dispositif de la figure 2. Sur la face supérieure de la galette 20, on trouve une électrode annulaire 207 remplaçant l'électrode ajourée 203. la face inférieure du disque 20 est plaquée contre le fond d'une cuvette métallique 208, fond dans lequel est pratiquée une ouverture 209 assez large -pour laisser libre l'accès des tubes 202 aux électrons rétrodiffusés. Sur la cuvette 208 est placé un couvercle métallique 30, percé en son centre d'une ouverture 31 dont les parois internes se prolongent à l'intérieur d'un tube 311 traversant la galette 20 en passant par l'ouverture centrale de celle-ci. L'ensemble de la cuvette 208, du couvercle 30 et du tube 311 forme un blindage protègeant le pinceau cathodique de l'influence du champ électrique règnant entre les électrodes 207 et 208. Un disque isolant 33 est collé contre la face inférieure du couvercle 30. Il porte l'électrode 6 de la figure 2. tes connexions 205 et 62 de la figure 2 sortent ici par un orifice 32 pratiqué dans le blindage. Parmi les avantages de l'invention, on peut signaler l'excellent rapport "signal/bruit"-dA à trois facteurs principaux - le fait qu'une grande partie des électrons rétrodiffusés est recueillie par les tubes multiplicateurs d'électrons - le fait que le dispositif est pratiquement insensible à tout rayonnement cn dehors des électrons - l'amplification directe au sein du multiplicateur d'électrons; L'invention est applicable à tout appareil où l'on utilise un pinceau cathodique lorsqu'il est nécessaire de visualiser un objet situé dans le champ d'action du pinceau cathodique. En particulier, elle s'applique aux masqueurs électroniques. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'utilisation d'un réseau de multiplicateurs d'électrons comme détecteur d'électrons rétrodiffusés, du type comportant une galette percée d'une multitude d'orifices cylindriques, d'axes parallèles entre eux et perpendiculaires aux grandes faces de ladite galette, les parois internes desdits orifices étant revue tues de matière à fort coefficient d'émission-secondaire et lesdites grandes faces étant recouvertes par des électrodes de polarisation ajourées de façon à laisser ouverts lesdits orifices, caractérisé en ce que ladite galette est en outre percée d'une fente suffisam- ment grande pour laisser passer- le pinceau cathodique dans toutes les positions de balayage et.qu'une électrode de recueil des électrons secondaires, disposée àla sortie desdits orifices,du côté opposé à celui de l'arrivée desdits électrons rétrodiffusés, comporte également une fenêtre centrale de passage pour ledit pinceau cathodique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite galette et ladite électrode de recueil sont enfermés dans un blindage métallique en ferme de cavité, ladite cavité comportant une première ouverture centrée sur l'axe de ladite galette et au moins une deuxième ouverture laissant libre l'accès desdits orifices du côté opposé-à ladite électrode de recueil. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite galette est en verre nu plomb et que les parois internes desdits orifices sont revetues d'oxyde de plomb. 4horoscope électronique à balayage, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une des -revendications 1, 2 et 3. 5. Microscope selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit dispositif est placé à une distance du porte-échantillon du même ordre de-grandeur que le diamètre de ladite galette. 6. Masquer électronique, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une des revendications t, 2, 3, 4 et 5.