FR2493041A1 - Dispositif de balayage a faisceau de particules chargees - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE BALAYAGE A FAISCEAU DE PARTICULES CHARGEES QUI COMPREND UN MOYEN DEFLECTEUR DU FAISCEAU DE PARTICULES CHARGEES RECEVANT LES SIGNAUX DE SORTIE D'UN GENERATEUR DE SIGNAUX DE BALAYAGE PAR UN CIRCUIT DE GROSSISSEMENT. SELON L'INVENTION, UN PREMIER CIRCUIT DE CONVERSION DE COORDONNEES 15X, 15Y EST RELIE ENTRE LE GENERATEUR DE SIGNAUX DE BALAYAGE 10X, 10Y ET LE CIRCUIT DE GROSSISSEMENT 16X, 16Y POUR FAIRE TOURNER LA DIRECTION DE BALAYAGE DU FAISCEAU, UN SECOND CIRCUIT DE CONVERSION DE COORDONNEES 18X, 18Y RECEVANT LE SIGNAL A LA SORTIE D'UN GENERATEUR DE SIGNAUX EN COURANT CONTINU, DECALE LE SIGNAL DE BALAYAGE A LA SORTIE DU GENERATEUR 10X, 10Y, LE SIGNAL A LA SORTIE DU SECOND CIRCUIT DE CONVERSION ETANT AJOUTE AU SIGNAL A L'ENTREE DU CIRCUIT DE GROSSISSEMENT, ET UN GENERATEUR DE SIGNAUX DE ROTATION 14 APPLIQUE LES SIGNAUX AUX CIRCUITS DE CONVERSION. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT AUX MICROSCOPES ELECTRONIQUES A BALAYAGE.
Description
La présente invention se rapporte généralement à un appareil de
visualisation d'image d'un échantillon pour une utilisation dans un microscope électronique à balayage ou instrument du type semblable, et elle se rapporte plus particulièrement à un appareil de balayage à faisceau de particules chargées, pour faciliter le passage de l'image d'un échantillon qui est initialement
visualisé au champ de viÉnsouhaité de cette image.
Dans un appareil ayant une fonction de balayage, comme un microscope électronique à balayage, un dispositif d'exposition à faisceau d'électrons ou analogue, le faisceau d'électrons irradie et explore ou balaye une zone choisie de la surface de l'échantillon, le signal résultant de cette irradiation par le faisceau d'électrons étant utilisé comme signal de modulation de luminosité pour un moyen de visualisation d'image synchronisé sur le balayage du faisceau d'électrons. Le grossissement et le champ deÈsionde l'image de l'échantillon visualisée sur ce moyen de visualisation dépendent de l'étendue et de la position de la zone de balayage du faisceau d'électrons sur la surface de l'échantillon. En conséquence, il est nécessaire d'ajuster le signal de déviation ( balayage) du faisceau d'électrons et/ou l'étage du goniomètre de l'échantillon ( comprenant un mécanisme de décalage, de rotation et de basculement) afin d'irradier la zone souhaitée de la surface de l'échantillon au moyen du faisceau d'électrons. Cela consiste à déterminer le champ de vision souhaité en utilisant une image à un faible grossissement, à ajuster le signal de balayage du faisceau d'électrons et/ou l'étage du goniomètre de l'échantillon afin d'afficher le point souhaité ( petite surface) sur l'image de faible grossissement au centre approximatif de l'écran de visualisation et à réduire la grandeur ou l'amplitude du signal de balayage afin de visualiser une
image à plus fort grossissement sur l'écran de visualisatii.
En général,le processus ci-dessus peut êtrerépété plusieurs fois afin d'observer le champ devisinsouhaité, ce qui le rend fastidieux et ennuyeux. En particulier, il est très difficile de faire fonctionner, à la main, l'étage de
goniomètre de l'échantillon, en douceur et avec précision.
Afin d'éliminer cette difficulté, un dispositif de balayage d'un faisceau pour contrôler électriquement le décalage et la rotation de l'image sans faire fonctionner le mécanisme de décalage et de rotation de l'étage de goniomètre de
l'échantillon, est utilisé. Cependant, la fontion électri-
que de décalage de l'image et la fonction électrique de rotation de l'image du dispositif traditionnel de balayage ne peuvent être utilisées en même temps, parce que ces fonctioes
interfèrent l'une sur l'autre.
La présente invention a par conséquent pour objet principal un dispositif perfectionné de balayage o la fonction de décalage de l'image et la fonction de rotation
de l'image sont incorporées indépendamment l'une de l'autre.
La présente invention a pour autre objet un dispositif perfectionné de balayage pour choisir rapidement et précisément le champ de vision de l'image de l'échantillrn En bref, selon l'invention, un dispositif de balayage à faisceau de particules chargées est prévu avec deux circuits de conversion de coordonnées. Pour faire tourner la direction de balayage d'un faisceau de particule chargées, l'un des circuits de conversion de coordonnées est relié à un générateur de signaux de balayage et à un circuit de grossissement, dont la sortie est appliquée à un moyen déflecteur pour forcer le faisceau de particules chargées à balayer la surface de l'échantillon, comme dans le cas d'un dispositif traditionnel. Un autre circuit de conversion de coordonnées est utilisé pour maintenir un fonctionnement indépendant de la rotation de l'image et du décalage de l'image. Ce circuit de conversion de coordonnées convertit le signal de sortie d'un générateur de signaux en courant continu pour le décalage de l'image, et le signal converti est ajouté au signal d'entrée du circuit de grossissement. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaîtront plus clairement au cours de la description
explicative qui va suivre faisant référence à plusieurs dessins illustrant un mode de réalisation et dans lesque2s: - la figure 1 est une vue schématique montrant un mode de réalisation de l'invention: -les figures 2 et 3 sont des schémas expliquant
le fonctionnement du mode de réalisation de la figure 1.
La figure 1 donne un schéma bloc d'un microscope électronique à balayage o est incorporé un dispositif de balayage selon l'invention. Un canon d'électrons 2 disposé à l'extrémité supérieure d'une colonne 1 d'un microscope produit un faisceau d'électrons 3 qui est focalisé sur un échantillon 5 par une lentille de condenseur 4 et il explore la surface de l'échantillon au moyen de bobines de déviation de balayage et d'exploration 6x, 6y. Lors de ce balayage, des électrons secondaires, des électrons dispersés vers l'arrière et analogues sont émis par l' échantillon 5 et détectés par un détecteur 7 qui applique des signaux à la grille d'un tube à rayons cathodiques (CRT) 8 par un amplificateur 9. Si l'on souhaite afficher une image habituelle ( initiale) de balayage sur l'écran du tube à rayons cathodiques 8, des commutateurs de changement SI, S2 et S3 sont connectés aux bornes "la", "c", et "e", respectivement. En même temps, un circuit générateur de signaux de balayage horizontal 10x et un générateur de signaux de balayage vertical 10y appliquent des signaux de balayage horizontal et vertical respectivement aux bobines de déviation de balayage 6x, 6y, par des circuits de grossissement 11x, lly, et des circuits d'addition 12x, 12y, et également en synchronisme aux bobines de déviation
de balayage 13x, 13y du tube à rayons cathodiques 8.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, un générateur 14 designaux de rotation produit des signaux sin 0 et cos i, o a est un signal désigné ( à la main ou extérieurement) pour faire tourner la direction de balayage du faisceau d'électrons 3 autour du centre de la
zone initiale de balayage sur l'échantillon, sur l'angle 9.
Les signaux de sortie du générateur de signaux de rotation 14 sont appliqués à des premiers circuits de conversion de coordonnées 15x, 15y, qui oonvertissent le signal de
balayage horizontal H à la sortie du générateur 10x de si-
gnaux de balayage horizontal et le signal de balayage vertical V à la sortie du générateur 10y de signaux de balayage vertical ( H.cos 9+ V.sin) et ( V.cos - HsinO) respectivement. Ces signaux convertis à la sortie des circuits 15x, 15y sont alors appliqués à des circuits auxilliaires de grossissement 16x, 16y, dont l'amplitude
(4 1) est contrôléeà la main afin que la zone dimension-
nelle souhaitée dans l'image initiale de balayage sur l'6ran du tube à rayons cathodiques soit augmentée pour remplir
totalement l'écran du tube à rayons cathodiques.
Des circuits 17x, 17y d'ajustement de la position centrale produisent des signaux de sortie en courant continu X, Y qui sont appliqués à des seconds cirits de cxersion de cordcnnées 18x, 18y. Les second circuits de conversion de coordonnées 18x, 18y reçoivent également les signaux sin&, cosO à la sortie du générateur de signaux de rotation 14 pour effectuer la conversion de coordonnées des sorties X,Y des circuits d'ajustement de la position centrale 17x, 17y en signaux ( X.cos O + Y.sin), (Y.cos9- X. sin), qui sont appliqués aux circuits d'addition 12x, 12y, respectivement, par les bornes "d" des commutateurs S2. les signaux X, Y à la sortie des circuits 17x, 17y sont également appliqués à un générateur de signaux de marquage 19 par les bornes "f" des commutateurs S3. Le générateur 19 produit des signaux d'éclairement appliqués au tube à rayons cathodiques 8 au moment o le signal de balayage horizontal H est sensiblement égal au signal X et o le signal de balayage vertical V est sensiblement égal au signal Y. Avec le mode de réalisation ci-dessus, on suppose que l'image initiale de balayage avec un grossissement initial Mo sur l'écran du tube à rayons cathodiques comme on peut le voir sur la figure 3 (a), est obtenue quand la surface de l'échantillon 5 est explorée autour de son point central 01 avec le faisceau d'électrons représenté sur la figure 2 (a). Dans ce cas, les commutateurs S1, S2, S3, sont reliés aux bornes "a",l"c"; "e", respectivement, et le générateur 14 de signaux de rotation est établi au
signal = 0 .
L'image de balayage représentée sur la figure 3 (b) est agrandie à partir d'une partie F', dont le centre est représenté par 0"2 sur la figure 3 (a) . Pour obtenir l'image représentée sur la figure 3 (b), les autres étapes qui suivent sont nécessaires afin qu'une partie F de l'échantillon représenté sur la figure 2 (a) correspondant à cette partie F' de l'image soit explorée autour de son
point central 02 avec un faisceau d'électrons à une ampli-
tude correspondant au grossissement M1 (2 Mo) et dans une direction s'étendant à un angle 01 par rapport à la
direction horizontale.
(1) Les commutatelurs S3 sont reliés aux bornes s"f", afin que la tache éclairée ( zone) sur l'écran du tube à rayons cathodiques soit affichée dans l'image de balayage
représentée sur la figure 3(a).
(2) La position de la tache éclairée est décalée à 0,2en ajustant les circuits d'ajustement de position centrale 17x, 17y. En faisant ainsi, les signaux à la sortie des circuits 17x, 17y, correspondent aux coordonnées (X1,YIJ
du point 02.
(3) Les commutateurs S3, S2, sont reliés aux bornes "e", "d" respectivement. Dans cette condition la tache éclairée sur l'écran du tube à rayons cathodiques s'éteint et la zone de balayage sur l'échantillon est décalée
comme on peut le voir sur la figure 2 ( b).
(4) Les commutateurs Si1 sont reliés aux bornes "b" et l'amplitude des circuits auxiliaires de grossissement 16x,16y est ajustée à Mo ( 1) afin que les largeurs de balayage Wx et Wy sur l'échantillon 5 soient réduites
comme on peut le voir sur la figure 2 (c).
(5) Le générateur 14 de signaux de rotation est commandé à la main afin que les signaux de sortie sin 0 , cos 0 , sin (0 +01), cos (0 +91)soient appliqués aux secondscircuitsde conversion de coordonnées 18x, 18y et aux premiers circuits de conversion de coordonnées 15x, y, respectivement. Par suite, les signaux à la sortie
des circuits auxiliaires de grossissement 16x, 16y devien-
nent Mo ( H.cos 91 + V.sin &t), "o ( V.cos l1 - H.sin$1) respectivement, et les signaux de sortie des seconds ciracuits de conversion de coordonnées 18x, 18y deviennent: X.cos 0 + Yl.sin 0 = X1, Yl.cos 0 Xl.sin 0 = Y1, respectivement. Dans cette condition, l'échantillon 5 est exploré par le faisceau d'électrons comme on peut le voir sur la figure 2 ( d), et l'image représentée sur la figure 3 (b) est représentée sur l'écran du tube à rayons cathodiques. Si l'on souhaite faire tourner l'image de l' échantillon de la figure 3 (b) sur un angle supplémentaire O 2 et augmenter e grossissement de M1 à M2 comme le montre la figure 3 ( c), les étapes qui suivent sont nécessaires. (6) L'amplitude des circuits auxiliaires de
grossissement 16x, 16y est ajustée à M(< Mo).
(7) Le générateur 14 de signal de rotation est commandé à la main afin que les signaux de sortie sin(0) cos (0 );sin t( 0 + 1)+ 2J, cos f(0o+ 1)+ 23 sont appliqués aux seconds et premiers circuits de conversion de coordonnées 18x,18y, 15x, 15y, respectivement. Par suite, les signaux de sortie des circuits ixMaLyosderossissement 16x, 16y deviennent:
M_ t H.cos (9 1 + 9 2) + V.sin (91+ 92,M fV.cos (l1+ 2)-H.
sin( 1+&2)j respectivement, et les signaux de sortie des seconds ciraits de coordonnées 18x, 18y deviennent Xl.cos0 +Y1.cos 0',
Y1.cos 0 -Xl.sin 1, respectivement.
Par ailleurs, si l'on souhaite faire tourner l'image de l'échantillon de la figure 3 (b) autour d'un point 0"3 sur un angle supplémentaire &3 comme le montre la figure 3 (d), les
étapes qui suivent sont nécessaires.
(6)- Les circuits d'ajustement de la position centrale 17x, 17y sont ajustés afin de décaler le point
0113 sur l'image au centre de l'écran du tube à rayons.
cathodiques. Dans cette condition, les signaux de sortie des seconds circuits de coordonnées 18x, 18y deviennent X2.cosO1 + Y2. sin U1, Y2.cos ?1 - X2.sin01,
respectivement, o X2 et Y2 sont les distances de 01 à 03.
(7)' Le générateur 14 de signaux de rotation est commandé à la main afin que les signaux de sortie sin(01+03), cos ( 0+ 03) soient appliqués aux premiers circuits de conversion de coordonnées 15x, 15y. Par suite, les signaux de sortie des circuits auxiliaires de grossissement 16x,16y deviennent respectivement jMoH.cos(e1+ &3)+V.sin( &1+ 93),
Mo {V.cos(c91+ 03) - H.sin( 1+ 93).
Le faisceau d'électrons irradiait l'échantillon, peut être dévié électrostatiquement au lieu de l'être électromagnétiquement. Les circuits de grossissement 16x, 16y et les premiers circuits de conversion de coordonnées x,15y peuvent se remplacer dans le mode de réalisation cidessus. Par ailleurs, il est préférable, pour contrOler le générateur de signaux de rotation 14,d'utiliser un microprocesseur.
REV ND I CATIONS
1. Dispositif de balayage à faisceau de particule chargées du type comprenant un moyen déflecteur du faisceau de particules chargées recevant les signaux de sortie d'un générateur de signaux de balayage par un circuit de grossissement, caractérisé par:
a) un premier circuit de conversion de coordon-
nées ( 15x,15y) relié entre ledit générateur de
signaux de balayage (10x,10y) et ledit circuit de grossis-
sement (16x,16y) pour faire tourner la direction de balaage du faisceau de particules chargées, b) un second circuit de conversion de coordonnées (18x,18y) recevant le signal de sortie d'un générateur de signaux en courant continu pour décaler le signal de balayage à la sortie dudit générateur de signaux de balayage, le signal à la sortie dudit second circuit de conversion de coordonnées étant ajouté- au signal d'entrée dudit circuit de grossissement, et c) un générateur de signaux de rotation (14) pour appliquer les signaux auxdits premiers et seconds circuits
de conversion de coordonnées.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le premier circuit de conversion de coordonnées (15x, 15y) et un circuit de grossissement auxiliaire (16x, 16y) sont reliés en série entre le générateur de signaux de balayage et le circuit de grossissement pour
faire tourner la direction de balayage du faisceau de par-
ticules chargées et pour réduire la largeur de balayage
dudit faisceau de particules chargées.
3. Dispositif de balayage à faisceau de particiles chargées du type comprenant: a) un moyen pour irradier une surface d'un échantillon au moyen dudit faisceau de particules chargées et, b) un générateur de signaux de balayage, c) un moyen déflecteur recevant le signal à la sortie dudit générateur de signaux de balayage par un circuit de grossissement pour dévier ledit faisceau de particules chargées sur la surface de l'échantillon, d) un moyen pour détecter les émissions de l'échantillon et produire un signal de sortie les indiquant, et, e) un moyen d'affichage de l'image sensible aux signaux de balayage et au signal à la sortie dudit moyen de détection pour afficher une image de balayage, caractérisé par: f) un premier circuit de conversion de coordon (15x,15y) entre ledit générateur de signaux de balayage (10x,10y) et ledit circuit de grossissement ( 16xi6y) par un moyen de commutation pour faire tourner la direction de balayage dudit faisceau de particules chargées, g) un second circuit de conversion de coordonnées (18x, 18y) recevant le signal de sortie d'un générateur de signaux en courant continu pour décaler le signal de balayage à la sortie dudit générateur de signaux de balayage, le signal à la sortie dudit second circuit de conversion de coordonnées étant ajouté au signal d'entrée dudit circuit de grossivsement par un moyen de commutation, h) un générateur de signaux de rotation (14) pour appliquer les signaux auxdits premiers et seconds circuits de conversion de coordonnées, i) un générateur de signaux de marquage (19) pour appliquer un signal de marquage au moyen de visualisation de l'image par un moyen de commutation par suite de la comparaison entre un signal de balayage et le signal à la
sortie dudit générateur de signaux en courant continu.
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