Стремительное развитие человечества идет по пути неизбежного проникновения вглубь строения вещества: размер объектов, интересующих исследователя, постоянно уменьшается.
На современном этапе развития науки и техники передовые высокотехнологичные предприятия нуждаются в изучении объектов субмикронного уровня – вплоть до десятков и единиц нанометров. При этом не менее важным является обеспечение возможности наблюдения субмикронных объектов на изображениях с высоким пространственным разрешением (разрешение — это величина, отражающая минимальный размер объекта, различимого на электронном изображении). Сканирующие электронные микроскопы (СЭМ) производства TESCAN способны удовлетворить требованиям, выдвигаемым современным миром. Однако в ряде случаев достижение высокого разрешения и наблюдение объектов в нанометровом диапазоне размеров может быть затруднено из-за влияния внешних физических явлений, таких как электромагнитные поля, вибрации и др., превышающих предельно допустимые значения, установленные фабрикой-производителем (см. далее).
Получение изображений с высоким разрешением напрямую связано с диаметром и стабильностью электронного пучка: чем меньше диаметр пучка и чем стабильней его параметры, тем меньшего размера детали удаётся различить на электронных изображениях, формируемых в результате сканирования сфокусированным пучком электронов по поверхности образца. Фокусировка пучка электронов осуществляется системой электромагнитных линз, расположенных в колонне микроскопа. Линзы создают собственные поля, отклоняющие и фокусирующие пучок. Именно поэтому важно, чтобы пучок электронов был защищен от воздействия постороннего электромагнитного поля, негативно влияющего на фокусировку и стабильность пучка. К слову, не всякое внешнее поле является проблемой для СЭМ. Так, например, влияние постоянного магнитного поля Земли нивелируется на этапе юстировки пучка на фабрике. Хуже, когда электромагнитное поле создается в результате работы различной техники и оборудования внутри или в окрестностях здания, как-то: работа оборудования высокой мощности, влияние щитовых установок и электросетей, наличие трамвайных путей или путей электропоездов по соседству со зданием, где установлен СЭМ, и др. В таком случае характер влияния внешнего электромагнитного поля на пучок электронов предсказать невозможно, следовательно, невозможно и своевременно вносить поправки в фокусировку пучка и получение изображений с высоким разрешением в таком случае становится затруднительным.
Если в месте установки СЭМ наблюдается повышенный уровень электромагнитных полей, то существует решение: влияние внешних электромагнитных полей можно свести к минимуму с помощью системы подавления полей Spicer Consulting, специально разработанной для защиты электронно-лучевого оборудования. Стоит подчеркнуть, что применение системы целесообразно только в тех случаях, когда величина внешнего электромагнитного поля превышает предельно допустимые значения, указанные производителем: 300 nT (300 x 10-9 Тесла) для переменного электромагнитного поля, 100 nT (100 x 10-9 Тесла) – для постоянного.
Системы подавления электромагнитных полей Spicer Consulting
Системы подавления полей Spicer Consulting обеспечивают надежную защиту высокотехнологичного оборудования от влияния внешних электромагнитных полей и широко используются во всем мире. Применение системы подавления полей в комплекте с СЭМ позволяет получать превосходные изображения нанометровых объектов с высоким разрешением, невзирая на присутствие источников сильного электромагнитного излучения вблизи помещения с микроскопом. Результат достигается благодаря созданию в области колонны микроскопа собственного электромагнитного поля с противоположным знаком, которое подавляет влияние внешнего электромагнитного поля.
Любая система подавления полей Spicer Consulting состоит из электронного блока управления, датчиков измерения внешнего переменного (опционально и постоянного) электромагнитного поля и трёх многожильных кабелей (рис. 1).
Рис. 1. Система подавления полей Spicer Consulting SC22: электронный блок управления с сенсорным экраном, трёхосевой датчик переменного электромагнитного поля и многожильный кабель (изображения: spicerconsulting.com)
Датчик электромагнитного поля устанавливается рядом с колонной микроскопа и, непрерывно измеряя величину внешнего электромагнитного поля, подает соответствующий сигнал в блок управления. Исходя из полученного сигнала, блок управления подаёт необходимый ток на многожильные кабеля, создающие в области расположения электронно-оптической колонны электромагнитное поле, равное по модулю и противоположное по знаку внешнему электромагнитному полю. На экране блока управления отображаются параметры электромагнитного поля в режиме реального времени, сопровождаемые световой индикацией уровня электромагнитного поля (красным – превышение, зеленым – норма).
Каждый многожильный кабель образует замкнутую петлю и монтируется вдоль одного из трёх направлений (X, Y – вертикальные, Z – горизонтальное) в помещении, где установлен микроскоп. Существует два основных варианта монтажа многожильных кабелей. Первый – непосредственно на стены и потолок помещения, где установлен микроскоп (рис. 2); при этом прокладка кабелей преимущественно закрытая (под декоративным потолком, в плинтусах), а на открытых участках кабели монтируются в специальный кабель-канал, тем самым не нарушая эстетический вид помещения.
Рис.2. Различные варианты «настенного» монтажа кабелей системы подавления полей (изображения: spicerconsulting.com)
Вторым вариантом установки является монтаж стальной рамки непосредственно вокруг колонны микроскопа (рис. 3, 4). Многожильные кабели располагаются внутри рамки, она не уступает по своим характеристикам «настенному» варианту, а её монтаж значительно проще.
Рис. 3. Монтаж кабелей системы подавления полей на рамку вокруг колонны электронного микроскопа (изображения: spicerconsulting.com)
Рис. 4. Система подавления внешних электромагнитных полей на рамке вокруг колонны электронного микроскопа TESCAN VEGA 3 SBH
Spicer Consulting: модели SC22, SC24, SC26
Для подавления внешних электромагнитных полей доступно три модели, отличающихся функциональными возможностями, что позволяет выбрать наиболее подходящий вариант для каждой конкретной ситуации.
Система подавления полей SC22 используется для компенсации внешнего переменного электромагнитного поля с частотой до 5 kHz. В стандартную комплектацию входит электронный блок управления, трёхосевой датчик переменного электромагнитного поля и три многожильных кабеля. Система не подавляет внешние постоянные электромагнитные поля.
Система подавления полей SC24 применяется для одновременной компенсации внешних переменных и постоянных электромагнитных полей в диапазоне частот от постоянного DC-поля до 5 kHz. В стандартную комплектацию входит электронный блок управления, датчики переменного и постоянного электромагнитного полей (возможен вариант установки с использованием двух однотипных датчиков) и три многожильных кабеля.
Отличительной особенностью системы подавления полей SC26 является возможность подавления внешних электромагнитных полей в диапазоне частот от постоянного DC-поля до 9 kHz и более, что актуально для заводов по производству интегральных микросхем. Для обеспечения такой ширины диапазона SC26 обладает расширенной полосой пропускания благодаря кабелям с малой индуктивностью, размещаемым либо непосредственно на раме корпуса прибора с электронно-лучевой системой, либо на металлической рамке вокруг электронных колонн таких устройств как электронно-лучевой литограф или электронный микроскоп. Монтаж кабелей системы на стены помещения недопустим, так как в этом случае требуется использование кабелей большого сечения с индуктивностью, превышающей необходимую для обеспечения заявленной ширины полосы пропускания.
Определение величины внешних электромагнитных полей и других параметров в помещении
Для определения параметров помещения доступна система SC11/Basic/USB — комплект оборудования, позволяющий проводить измерения внешних электромагнитных полей, механических вибраций пола, а также уровня акустического шума в месте будущей установки электронного микроскопа или электронно-лучевого оборудования. Базовая система включает трёхосевой датчик переменного магнитного поля, акселерометр и измеритель уровня звука. Система позволяет накапливать данные, проводить их обработку и анализ при помощи специального программного обеспечения (входит в комплект поставки).
По согласованию возможен визит авторизованного специалиста ООО «ТЕСКАН» со своим комплектом системы SC11/Basic/USB для проверки соответствия места предполагаемой установки электронного микроскопа требованиям технической спецификации. В ходе визита осуществляется измерение переменного и постоянного электромагнитных полей, механических вибраций; производится обработка и интерпретация измерений в специальном программном обеспечении.
По результатам визита определяется целесообразность использования системы подавления полей. В случае, если измеренные значения внешних электромагнитных полей превышают предельно допустимые параметры, рекомендуется к использованию конкретная модель системы подавления полей, оптимальная для данных условий.
В зависимости от результатов измерения механических вибраций пола, даются рекомендации по выбору подходящего типа подвески колонны микроскопа.
При наличии нескольких мест предполагаемой установки электронного микроскопа, параметры среды измеряются в каждом из них для определения наиболее благоприятного места расположения – с минимальными значениями внешних электромагнитных полей и механических вибраций пола.
