Brevet FR2488043A1 — publié le 19820205

Dispositif à optique électronique pour l'étude d'échantillons. La présente invention se rapporte à des dispositifs à optique électronique destinés aux études d'échantillons à l'aide d'une sonde électronique. Dans des instruments de sondage électronique, lorsqu'on réalise des études d'un échantillon, il est nécessaire de faire varier aussi bien le courant sur l'échantillon que le diamètre de la sonde électronique. Cette opération est surtout importante pour des instruments qui sont prévus pour le fonctionnement tant en régime de microanalyse qu'en régime d'utilisation en qualité de microscope électronique à balayage.Un microanalyseur à rayons X, destiné à étudier la composition élémenmire de l'échantillon selon le rayonnement caractéristique émis à la suite de son bombardement par les électrons, nécessite un fort courant dufaisceau pour un diamètre de celui-ci allant de 0,1 à 1 pm, tandis qu'un microscope électronique à balayage servant à étudier le relief de la surface de l'échantillon, réclame la création d'un faisceau de diamètre minimal pour un courant suffisant à la visualisation de l'image. De telles tâches différentes peuvent être accomplies à l'aide d'un seul instrument en faisant varier l'ouverture du faisceau électronique lorsqu'on désire passer d'un régime de fonctionnement à l'autre. On connait un système d'optique électronique décrit dans la publication de G.D. Missel "Etat actuel de la microscopie électronique à balayage à l'étranger", édition TSNIITEI "Priborostroyenie", Moscou, 1975, p. 25, comportant une source du faisceau électronique, un jeu de lentilles et une plaque mobile percée d'orifices de diamètre différent pour faire varier l'ouverture du faisceau électronique. Pour obtenir une ouverture désirée sur le trajet du faisceau électronique, il convient de déplacer la plaque suivant les axes X et Y par rapport à l'axe optique du système. La plaque se fixe sur une tige qui est incorporée, d'une façon étanche au vide, dans la paroi de la colonne du système d'optique électronique, et qui se déplace à l'aide d'une transmission par vis sur l'une des coordonnées, le mouvement de ladite plaque sur l'autre coordonnée s'effectuaft soit par la rotation angulaire de la tige-, soit au moyen d'une autre tige qui est montée également de façon à être étanche au vide et qui est déplacée dans le sens pezpendiculaire à celui de la progression de la tige portant la plaque percée d'orifices. Un tel mécanisme réclame un entraînement manuel. La mise du faisceau électronique en coincidence avec l'orifice choisi est effectuée par l'opérateur d'après l'image de l'échantillon d'essai sur l'écran d'un disposait! de contr8le vidéo (en régime de microscopie à balayage) ou bien d'après la lueur du luminophore appliqué à la platine porteéchantillon (en régime de microanalyse) par manipulation des manettes de commande appropriées-soit simultanément, soit tour à tour. Ainsi le réglage du système envisagé est une opération laborieuse et délicate qui prend beaucoup de temps, le réglage et l'ajustage du système étant indispensables chaque fois qu'on passe d'régime de fonctionnement de l'instrument à l'autre. Il est à signaler que dans les systèmes d'optique électroniques employés actuellement, le mécanisme de déplacement de la plaque est pratiquement le seul agencement qu'on ne parvient pas à automatiser. L'automatisation de l'opération de déplacement de la plaque est donc difficile du fait que la variation de l'ouverture du faisceau réclame la réalisation de trois mouvements consistant à déplacer rapidement la plaque en vue d'obtenir une coincidence approximative de l'orifice choisi avec le faisceau électronique immobile, à déplacer dans des limites étroites la plaque suivant l'axe X afin d'ajuster l'orifice choisi par rapport au faisceau électronique, et enfin à effectuer, dans le même but, le même déplacement suivant l'axe Y. Par ailleurs, tout le mécanisme permettant de réaliser lesdits déplacements doit astre monté dans un espace limité. L'emploi de micromoteurs dans les commandes permettant de déplacer la plaque, d'une part, rend la construction du mécanisme, déjà alourdie, encore plus compliquée, et d'autre part, provoque un accroissement des dimensions du système d'optique électronique pris dans son ensemble. On connaît également un système d'optique électronique décrit dans le certificat d'auteur URSS nO 519 788 publié en 1976, dans lequel le déplacement d'une plaque perforée par rapport au faisceau électronique immobile est effectué à l'aide de deux chambres pneumatiques associées à un système de vide par l'intermédiaire d'une soupape à vide commandée par un commutateur électrique. lies chambres pneumatiques sont dotées de mécanismes à levier coopérant avec la plaque. Un tel système constitue une construction trop encombrante dont le réglage et l'ajustage, lors du passage d'un régime de fonctionnement à l'autre, prennent beaucoup de temps du fait de la nécessité de pompage des chambres pneumatiques et de l'inertie de la soupape à vide. Un autre inconvénient des systèmes d'optique électroniques de l'art antérieur réside en ce que les éléments de la commande de déplacement de la plaque, montés dans l'entrefer des pièces polaires de la lentille de formation, affectent la continuité de son circuit magnétique en provoquant ainsi un défaut de symétrie du champ magnétique de la lentille de formation, ce qui, à son tour, conduit à une distorsion de la forme du faisceau électronique. De plus, l'emploi des joints à vide mobiles, destinés à assurer l'introduction des éléments de la commande de déplacement de la plaque dans l'espace vidé, nuit à l'étanchéité de la colonne du système d'optique électronique. La présente invention a pour but un dispositif optique électronique dans lequel la mise en coincidence du faisceau électronique avec l'orifice de-la plaque définissant l'ouverture du faisceau s'effectue de façon à réduire le temps de réglage et d'ajustage dudit système au cours du passage d'un régime de fonntionnement à l'autre. le dispositif d'optique électronique conforme à l'invention comporte une source du faisceau électronique, iùi jeu de lentilles et une plaque percée d'orifices pour faire varier l'ouverture du faisceau électronique, et il est caractérisé en ce que la plaque est immobilisée par rapport à l'axe optique dudit système, et en ce qu'il comporte en outre deux ensembles de déviation dont l'un est disposé en amont de ladite plaque, suivant le trajet des électrons pour permettre le passage du faisceau à travers l'un des orifices de la plaque, et l'autre est disposé en aval de la plaque pour assurer le retour du faisceau sur l'axe optique su système d'optique électronique. Dans le dispositif faisant l'objet de l'invention, pour placer un orifice désiré sur le trajet du faisceau électronique en vue de la variation de son ouverture, on fait dévier le faisceau électronique par rapport à la plaque immobile percée d'orifices au moyen d'un champ déviateur et pour permettre une déviation désirée du faisceau, il suffit de régler dans les ensembles de-déviation, les valeurs adéquates des courants.Il est possible de déterminer au préalable et d'établir dans les sources d'alimentation des ensembles de déviation, ses valeurs des courants qui permettent d'orienter d'une façon précise le faisceau électronique vers chacun des orifices de la plaque Ainsi pour permettre le passage du système d optique électronique d' un régime de fonctionnement l'awu-re, il suffit de commuter les sorties des sources dza7imenJGatioll des ensembles de déviation sans aucun reglage complémentaire. De ce fait, le dispositif faisant l'objet de 2invention permet, d'une part, de réduire au minimum le temps de réglage et d'ajustage, et d'autre part, d'automatiser entièrement l'opération de variation de l'ouverture du faisceau électronique Du fait qu'il est alors possible d'éviter tout déplacement mécanique de la plaque, le système selon l'invention présente des avantages supplémentaires consistant en l'amélioration tant des conditions de formation du faisceau électronique que des conditions de maintien du vide dans la colonne du système d'optique électronique, ceci en raison de l'élimination des éléments mobiles, pourvus de joints à vide, destinés à transmettre le mouvement vers l'espace intérieur dudit système. L'invention va être décrite en détail en se référant à un mode de réalisation qui est illustré par le dessin annexé montrant une représentation schématique du système d'optique électronique faisant l'objet de l'invention. Le système d'optique électronique comporte une source du faisceau électronique, par exemple un canon électronique 1, une ou plusieurs lentilles de condenseur 2, situées directement derrière le canon électronique 1, une lentille de formation 3, disposée devant l'échantillon à étudier 4 et une plaque 5 percée d'orifices 6 de diamètre différent pour faire varier l'ouverture du faisceau électronique. Les lentilles 2 et 3 peuvent être constituées par des lentilles électromagnétiques ou électrostatiques. La plaque 5, se présentant par exemple sous la forme d'une feuille de molybdène épaisse de 0,1 mm, se dispose entre les lentilles 2 et 3 d'une façon immobile par rapport à l'axe optique du système, le plan de disposition de la plaque 5 étant perpendiculaire à l'axe optique du système. lie nombre d'orifices 6 réalisés dans la plaque 5, ainsi que leurs diamètres, dépendent des régimes de fonctionnement de l'instrument comportant le système d'optique électronique en question. lies orifices 6 sont répartis suivant la plaque 5 de sorte qu'aucun d'eux ne soit situé sur l'axe optique du système. Cela permet de protéger la surface de l'échantillon 4 contre l'éclairage additionnel dt à la cathode(non représentée) du canon électronique 1. La plaque 5 est montée dans un tube qui délimite le volume vide du système d'optique électronique. Pour simplifier le dessin, on n' a pas représenté le tube et la chambre raccordée à celui-ci et prévue pour l'emplacement de l'échantillon à étudier 4. Selon l'invention, le système d'optique électronique comporte également deux ensembles de déviation 7 et 8 situés symétriquement de part et d'autre de la plaque 5, hors de l'espace vide. L'ensemble de déviation 7, monté en amont ae la plaque 5 suivant le trajet des électrons, se compose de deux blocs 9 et 10 de bobines, chacun de ces blocs comprenant deux paires de bobines servant à faire dévier le faisceau électronique dans deux directions mutuellement perpendiculaires, c'est-à-dire suivant les axes X et Y. L'ensemble de déviation 8, monté en aval de la plaque 5 suivant le trajet des électrons, est formé également de deux blocs 11 et 12 de bobines, chacun des blocs se composant de deux paires de bobines permettant la déviation du faisceau électronique suivant les mêmes axes X et Y. Les bobines des deux ensembles de déviation 7 et 8, permettant de faire dévier le faisceau suivant un même axe, présentent les mêmes paramètres pour la déviation du faisceau aux angles égaux, les bobines correspondantes des blocs 9 et 12 ayant le sens de bobinage contraire à celui des bobines correspondantes des blocs 10 et 11. lies ensembles de déviation 7 et 8 sont alimentés par deux sources 15 de courant continu dont seulement l'une est figurée sur le dessin. L'une des sources 13 de courant continu est branchée sur les bobines des deux ensembles de déviation 7 et 8, prévus pour la déviation du faisceau suivant l'axe X, tandis que l'autre source est associée aux bobines permettant la déviation du faisceau suivant l'axe Y, les bobines servant à permettre la déviation suivant l'axe X, de même que les bobines assurant la déviation suivant l'axe Y, étant couplées entre elles en série. Les sources 13 de courant continu présentent une haute stabilité et possèdent plusieurs sorties dont le nombre est égal à celui d'orifices 6 réalisés dans la plaque 5. La valeur de tension à établir au préalable sur chacune des sorties des sources 13 doit permettre le passage du faisceau électronique à travers l'un des orifices 6. Les sorties des sources 17 de courant continu sont branchées sur les ensembles de déviation 7 et 8 par l'intermédiaire de commutateurs il (le dessin ne représente qu'un seul commutataur) dont les contacts de commutation peuvent s ' associer mécaniquement. Le système proposé fonctionne de la façon suivante. En fonction du régime de fonctionnement de l'instrument, les commutateurs 14 sont mis dans la position correspondant à la valeur désirée de l'ouverture du faisceau électronique. Le faisceau électronique 15, formé parle canon électronique 1, est focalisé au préalable par la lentille de condenseur 2 et s'introduit dans le champ magnétique crée par l'ensemble de déviation 7. lies bobines du bloc 9 font alors dévier le faisceau 15 dans la direction de l'orifice correspondant 6 de la plaque 5 jusqu'à l'intersection avec l'axe de cet orifice, tandis que les bobines du bloc 10 assurent la déviation du faisceau 15 au même angle dans la direction opposée, de sorte que le faisceau 15 passe à travers l'orifice 6 choisi suivant son axe, c'est-i-dire parallèlement à l'axe optique du système.Lorsque le faisceau 15 traverse l'orifice 6, son ouverture varie jusqu'à une valeur qui est fonction du diamètre de cet orifice. Derrière la plaque 5, le faisceau électronique 15 se soumet à l'action du champ magnétique crée par l'ensemble de déviation 8. lies bobines du bloc 11 dirigent le faisceau 15, passant suivant l'axe de l'orifice 6 choisi vers l'axe optique su système, tandis que les bobines du bloc 12 font dévier le faisceau au m8me angle en direction opposée, en permettant son retour sur l'axe optique du système. Ensuite le faisceau 15 subit la formation par la lentille 3 et attaque l'échantillon à étudier 4. Le changement des orifices 6 suivant le trajet du faisceau électronique 15 s'effectue par la variation des courants dans les ensembles de déviation 7 et 8 au moyen des commutateurs 14 qui peuvent être montés sur le pupitre de commande de l'instrument. L'invention s'applique avantageusement à des instruments tels que microscopes électroniques par transmission et à balayage, microanalyseurs à rayons X et ainsi de suite, qui réclament une haute précision de réglage et d'ajustage du système d'optique électronique. REVI16DI CATI ON Dispositif à optique électronique comportant une source du faisceau électronique, un jeu de lentilles et une plaque percée d'orifices pour faire varier l'ouverture du faisceau électronique, caractérisé en ce que la plaque est immobilisée par rapport à l'axe optique du système et en ce qu'il comporte en outre deux ensembles de déviation dont l'un est disposé en amont de ladite plaque, suivant le trajet des électrons pour permettre le passage du faisceau à travers l'un des orifices de la plaque, et l'autre est disposé en aval de la plaque pour assurer le retour du faisceau sur l'axe optique du système d'optique électronique.