Способ формирования изображения объекта в растровом электронном микроскопе

Г 1 Яца;,б сл с,ъ,д ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскиа Социапистическик Республик(51)М. Кл,2 Н 01 Х 37/28 с присоединением заявки Мо Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(088. 8) Дата опубликования описания 050579(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ ОВЬЕКТА В РАСТРОВОМ ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ 1Изобретение относится к областиэлектроннооптического приборостроения, в частности, к способам форми- "рования иэображения исследуемого объекта. 5Известны способы формированияизображения в растровом электронноммикроскопе (РЭМ), заключающиеся вмодуляции интенсивности электронногозонда с последующим синхронным детек тированием сигнала с объекта и пере"дачей его на вйдеоконтрольное устройство (ВКУ) (11 . В приведенномспособе качество изображения получается не достаточно высоким из- за 15влияния нестабильности питающегонапряжения и флуктуации тока электронной пушки, приводящих к снижению отношения сигнал/ шум и как следствие к сниженйю разрешающей способности и качества изображения.Другим недостатком является то, что фокусировка изображения на экране ВКУ осуществляется оператором визуально, что вносит субъективизацию в оценку качества фокусировки изображения.Известен способ формирования изображения объекта в растровом электронном микроскопе 2, заключающий" ЗО ся и сканировании исследуемого участка объекта периодически расфокусируемым электронным зондом, регистрации сигнала с объекта от расфокусированного и сфокусированного зойда, суммирования этих сигналов в противофазе и подаче суммарного сигнала на ВКУ микроскопа для получения иэображения. Способ позволяет уменьшить влияние нестабильности тока электронной пушки на качество иэображения, но имеет существенный недостаток". при этом в 2 раза ухудшается отношение сигнал/ шум, что снижает качество изображенияКроме того, оценка . качества фокусировки изображения в данном случае также осуществляется визуально.Цель настоящего изобретения является повышение качества изображения при его автоматической фокусировке.Указанная цель достигается тем, что расфокусировку зонда осуществляют переменным сигналом с периодом, меньшим времени развертки одного элемента изображения, после регистрации сигнала с объекта выделяют иэ него составляющую, модулированную удвоенной по отношению к сигналу расфокусировки частотой, разделяютбб 163полученный сигнал на участки, на границах которых происходит скачкообразное изменение Фазы, формируют из выделенных участков новый сигнал путем фиксации участков синфазных и противофазных по отношению к сигналу расфокусировки по разные стороны 5 одного и того же уровня, после фильтрации суммируют этот сигнал с сигналом,полученным после подавления в исходном сигнале с объекта модулированной составляющей и результирующий 10 сигнал подают на видеоконтрольное устройство микроскопа для получения Иэображения.Качество изображения исследуемого участка объекта повышается вследствие 15 улучшения отношения сигнал/ шум за счет выделения из общего сигнала с объекта высокочастотной части этого сигнала, несущей основную информацию о мелкой стРуктуре объекта. Кроме того, при осуществлении способа дос 20 тигается полная апертурная коррекция, что также улучшает качество изображения за счет уменьщения искажений изображения, связанных с конечными размерами электронного зонда. При этом Фокусировка изображения исследуемого участка объекта осуществляется автоматически, т.к. при модуляции Фокусировки электронный зонд дважды в течение одного периода модуляции воздействует на объект вусловиях его (зонда) наилучшей фокусировки, а сигнал с объекта обрабатывается таким образом, что на ви- цеоконтрольное устройство постоянно 35поступает сигнал, соответствующийнаилучшей Фокусировке зонда.йа фиг.1 представлена блок-схема устройства для осуществления сйособа) где 1- электронная пушка; 2 - фоку сирующая система; 3 - исследуемый объект; 4 .-отклоняющая система;5 - синхрогенератор; б, -делитель частоты, 7 - усилитель тока модуляции Фокусировки, 8 - модулятор Фоку сировки, 9 детектор вторичного излучения, 10 - резонансный усилйтель, 11 - фильтр, 12, 13 - Фазовые детекторы,14, 15 - фиксирующие устройства, 16 - сумматор, 17, - фильтр, 50 18 - сумматор, 19 - видеоконтрольное . устройство.Ма Фиг.2 показаны эпюры, иллюстрирующие отдельные этапы Формирования и обработки сигнала с объекта, где: 55 а " эпюры сигнала модулирующего Фокусировку б - эпюра сигнала, зарегистрированного С.объекта при воздействии на него периодически расФокусируемым электронным зондом; в - эпюра сигнала, представленного на эпюре б после подавления в нем модулированной составляющей; гэпюра сигнала, представленного на эпюре б после выделения составляющей, модулированной удвоенной по 65 48отношению к сигналу расфокусировки частотой; д- зпюра сигнала, полученного после фиксации различных Участков фазомодулированного сигнала, представленного на эпюре г по разные стороны одного и того же уровня, штрих-пунктирной линией показан тот же сигнал после Фильтрации; е в . эпюра сигнала, полученного при суммировании сигнала, представленного наэпюре в с сигналом, представленным на эпюре д штрих-пунктирной линией.На фиг,З показан фронт импульсного сигнала ат какого-либо элемента поверхности объекта при сканировании его периодически расфокусируемым электронным зондом, где: Б - результирующий сигнал с объекта при воздействии,на него периодически расфокусируемым электронным зондом; Р сигнал с объекта при воздействии на него сфокусированным зондом; Ч сигнал с объекта при воздействии на него расфокусированного зонДа,Электронная пушка 1 имитирует пучок электронов, который формируется системой 2 в электронный зонд малого диаметра и фокусируется на поверхность объекта 3. Сканирование зонда на поверхности объекта осуществляется с помощью отклоняющей системы 4, Переменный сигнал с выхода синхрогенератора 5 поступает на вход делителя частоты 6, вдвое уменьшающего частоту этого сигнала, который после усиления усилителем тока 7 поступает на вход модулятора Фокусировки 8. Модулятор Фокусировки формирует в колонне переменное поле, которое накладывается .на постоянное фокусирующее поле, Формируемое системой 2, вызывает периодическую расфокусировку зонда, При модуляции фокусировки диаметр зонда в плоскости объекта будет изменяться в пределах +Р до -Р, проходя через свое минимальное значение. При периоде расФокусировки зонда, значительно меньшем времени развертки одного элемента изображения, результирующий сигнал с объекта представляет собой сумму немодулированного среднего между сигналами, соответствующими воздействию на объект, сфокусированного зонда, расфокусированного зонда и модулированного сигнала (фиг.3), фаза которого опрокидывается при смене зна. ка разности между сигналами, соответствующими воздействию на объект сфокусированного и расфокусированного зонда. Сигнал с объекта 3, вызванный воздействием на него периодически расфокусируемого электронного зонда, регистрируется детектором 9 и подается одновременно на входы резонанс- ного усилителя 10 и Фильтра 11. После фильтрации сигнала с объекта фильт661648 6суммирования формируется новый сиг- нал Формула изобретения ром 11 сигнал будет представлять собой (эпюра в фиг.2)Г-ЧЬ,=2где 8 - сигнал на выходе фильтра 11;,Р - сигнал с объекта при воздействии на него сфокусированным зондом;Р - сигнал с объекта при воздействии на него расфокусированным зондом.ЮРезонансный усилитель 10 выделяет из поступающего на него вход сигнала с объекта модулированную соСтавляющую частота которой вдвое больше частоты. переменного поля, формируемого устройством 8, поскольку электронный зонд за период воздействия этого поля дважды пройдет через плоскость наилучшей фокусировки (совпадающей с абциссой эпюры а фиг.2) .Другой особенностью этого сигнала является то, что Фаза модулирующего колебания опрокидывается при переходе от отрицательной части модулированной разности (см. Фиг.З, разность Р-Ч является знакопере Б менной) к положительной, т.е. сигнал является фазо- манипулированным (эпюра г Фиг.2, где знаки + и - .обозначают положительные и отрицательные участки укаэанной разности) . 30С выхода резонансного усилителя 10 сигнал одновременно поступает на входы двух фазовых детекторов 12, 13, на другие входы которых одновременно поступают противофазные 35 опорные сигналы от синхрогенератора 5. Каждый из Фазовых детекторов выделяет из поступающего сигнала соответственно синфазные или противофазные по отношению к сигналу расФокусировки участки. Фиксирующиеустройства 14, 15 располагают выделенные участки по разные стороны одного и того же уровня и затем сумматор 16 формирует из сигналов с выхода каждого из детекторов новый сиг- нал, представляющий собой модулированную разность Р - Р (эпюра дФиг,2), Фильтр 17 выделяет из этого сигнала немодулированную разность Р -Р (штрих-пунктирная линия д ( 50 Фиг.2).Полученный сигнал поступает на вход сумматора 18, на другой вход которого поступает сигнал 51 с фильтра 11, полученный после подавления 55 в исходном сигнале с объекта модулированной составляющей. В результате т.е. сигнал с объекта при воздействиина него сфокусированного зонда сло"женный со своей второй производной,что соответствует проведению в сигнале одновременно полной апертур-.ной коррекции. Полученный сигнал 82подается на вход видеоконтрольногоустройства 19 для получения иэображения на его экране. Способ формирования изображенияобъекта в растровом электронном микроскопе, заключанйцийся в сканированииисследуемого участка объекта периодически расфокусируемым электроннымзондом, регистрации сигнала с объекта и подаче результирующего сигналана видеоконтрольное устройство микроскопа, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения качестваизображения при обеспечении его автоматической фокусировки, расфокусировку зонда осуществляют переменныь сигналом с периодом, меньшим времениразвертки одного элемента изображения, после регистрации сигналас объекта выделяют из него составляющую модулированную удвоенной поотношению. к сигналу расфокусировкичастотой, разделяют полученный сигнална участки на границах которыхпроисходит скачкообразное изменениефазы, формируют из вццеленных участков новый сигнал путем фиксации участков синфазных и противофазных поотношению к сигналу расфокусировкипо разные стороныодного и того жеуровня, и суммирования соответствующих им сигналов, после Фильтрациисуммируют этот сигнал с сигналом,полученным после подавления в исходном сигнале с объекта модулированной составляющей и результирующий сигнал подают на видеоконтрольноеустройство для получения изображейия.Источники инФормации, принятыево внимание при экспертизе1. Патент СШа Р 353516,кл. 250-49.5, 20.10.70.2. Патент Великобритании,кл. Н 4 Г, 1435143, 12,05.76.