Растровый электронный микроскоп

Союз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл. Н 01 Т 37/26 с присоединением заявки Ио -Государственный комитет СССР но лелам изобретений н открытий(72) Авторы изобретения В. П. Иванников, А. Е, Лукьянов, В, П. Новожилов и Г. В. Спивак 7) ЗЕЛЬ Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного( 54 ) РАСТРОВЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП Изобретение относится к областиэлектронно-оптического приборостроения и может бьтгь использовано при исследовании потенциального рельефана поверхности твердых тел,При решении ряда практических задач, например в микроэлектронике,необходимо получать как общую картину топографии микропотенциалов, таки точно локализировать область с заданным значением потенциала и оперативно измерять потенциал в любсТ точке исследуемого участка поверхностиобъекта.известен растровый электронный 5микроскоп (РЭМ) для измерения потенциалов на поверхности твердых тел,содержащий электронно-оптическую систему, видеоконтрольный блок и коллектор вторичных электронов с узкополос- соным энергетическим анализатором 1).В данном устройстве изображение однойэквипотенциали получается за счет того, что линза-анализатор коллекторапропускает электроны только определенной энергии, которая зависит отзначения потенциала в исслецуемой области объекта, Изображение серии эквипотенциалей получается при многократном экспонировании одного кадра соЗо ступенчатым сдвигом вручную положенияобласти пропускания эн"ргетическогоанализатора. Точность построения эквипотенциалей составляет 2-3 В.Недостатками известного устройства является низкая точность измерения потенциалов и невозможность автоматизировать процесс измерений,Наиболее близким к изобретениютехническим решением является растровый электронный микроскоп, содержащийэлектронно-оптическую систему, коллекторную систему с энергетическиманализатором и детектором электронов,генератор пилообразного напряжения,устройство преобразования видеосигналов и регистратор 2). Устройство преобразования видеосигналов выполненов виде усилителя видеосигнала, электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), оптической линзы, трафарета из непрозрачнойзаслонки с набором наклонных щелей ифотоусилителя (ФЭУ),В данном устройстве построениеизображения эквипотенциалей основанона регистрации кривой задержки в каждой точке исследуемого объекта путемпериодического линейного сдвига порога пропускания энергетического анализатора, задаваемого генераторомпил эобразнгто напряжения, и пастрое -ния изображения кривой задержки наэкране ЭЛТ, которое с помощью оптически й линзы переносится в плоскостьтрафарета. Информация о потенциалахв разных точках объекта содержится 5в сдвиге кривой задержки по экрануЭЛТ, который регистрируется ФЭУ припросвечивании осциллограммы в соответствующей щели трафарета. Устройствообеспечивает точность построения эквипотенциалей 0,1 В,Недостатками известного устройства являются невысокая точность измерения потенциалов, обусловленнаяискажениями кривой задержки при регистрации ее на объектах со сложнымгеометрическим рельефом и конструкцией трафарета; невысокая надежностьизмерений связанная с необходимостьюрегулярной настройки устройства иточной юстиронки трафарета; ограниченность функциональных возможностей,так как устройство позволяет получатьтолько карты эквипотенциалей на поверхности исследуемых объектов,Целью изобретения янляется повыш ние точности и надежности измеренийна объектах с любым геометрическимрельефом и расширение Функциональныхноз ложностей РЭМ,указанная цель достигается тем, 30что н известном РЭМ устройство преобразования видеосигналов выполненов виде блока преобразования сигнала.вО временной код, схемы формированияфункции сравнения и запоминания ее 35амплитуды, блока смещения и фиксациинулевого уровня пилообразного напряжвния, декодирующего блока и ФормирОнателя импульса дополнительной засветки областей заданного потенциала, 40включенных таким образом, что детектор коллекторной системы подключенчерез днухпозиционный переключательк одному из входов регистратора и ковходу схемы Формирования функции сравнения и запоминания ее амплитуды,выход которой подключен ко входу блока преобразования сигнала во .временной код,. который через декодирующийблок, двухпоэиционный переключательи Формирователь импульса дополнитетгьной засветки подключен на дна другихвхода регистратора, при этом генератор пилообразного напряжения подключен на вход декодирующего блока и чгерез блок смещения и Фиксации нулевого уровня пилообразного напряженияк энергетическому анализатору.На чертеже представлена блок-схемарастрового электронного микроскопакоторый содержит электронно-оптичес- Якую систему формирования электронногодиода 1, отклоняющие катушки 2, электронный диод 3, образец 4, коллекторнуюсистему 5, энергетический анализатор6, детектор электронов 7, схему форми 65 рования Функции сравнения и вапоминания ее амплитуды 8, блок преобразования сигнала во временной код 9, декодирующий блок 10, Формирователь импульса дополнительной засветки области заданного потенциала 11, генераторпилообразного напряжения )2, блок смещения и Фиксации нулевого уровня пилообразного напряжения 13, регистратор (видеоконтрольно устройство) 14,двухпозиционные переключатели рядаработ Н и П,Устройство работает следующим образом.Электронный зонд, Формируемый вколонне 1, отклоняет;я с помощью катушек 2 и генераторов строчной и кадровой разнерток блока 14 так, чтовыписывает на поверхности изучаемогообъекта 4 растр,. Эмиттированные вторичные электроны собираются коллектором 5 и проходят через энергетический анализатор 6, Ба управляющуюсетку анализатора б через блок смещения и Фиксации нулевого уровня пилообразного напряжения 13 подаетсянапряжение постоянной частоты от генератора пилообразйого напряжения 12,Таким образом,на выходе детектораэлектронов 7 формируется электрический сигнал, представляющий собой периодически повторяемую криную задержки, которь.й поступает на вход схемыФормирования Функции сравнения и запоминания ее амплитуцы 8 где производится последовательное Формированиефункции сравнения и запоминания заданного отношения значения Функциисравнения к величине ее амплитуды, Вкачестне Функции сравнения может использоваться как кривая задержки,так и ее вторая производная а такжеэнергетический спектр вторичныхэлектронов, который может быть снятпри работе энергетического анализатора в режиме узкополосного Фильтра.При наличии потенциального рельефасигнал (кривая задерлгки) будет смещаться в пределах однопериодной развертки пилообразного напряжения навеличину, пропорциональную значениюпотенциала в исследуемой точке объекта,Далее сигнал подается н блок преобразования амплитуды во временнойкод 9, где производится формированиеи выработка прямоугольных импульсовмалой длительности, Положение такогоимпульса во времени определяется потенциалом в исследуемой точке образца 4 и заданным уровнем пилообразного напряжения,Селекция импульсов осуществляетсяс помощью декодирующего блока 10,на. вход которого поступают такжесигналы пилообразного напряжения нулевого уровня от генератора 12. Вблоке 10 информация о поверхностномфсрмула изобретенич Растровый электронный микроскоп,ссдержаший электронно-оптическую систему коллекторную систему с энер"гетическим анализатором и детектором электронов, генератор пилоОбразного напряжения, устройствопреобразования видеосигналов и регистратор, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностии надежности измерений на объектахлюбым геометрическим рельефом и рассирения функциональных возможностей растрового электронного микроскопа, в нем устройство преобразования видеосигналОв выпОлненО н виде блока преобразования сигнала нс временной код, схемы формирования Функции сравнения и запоминания ее амплитуды, блока смещения и фиксации уровня пилообразного напряжения, декодирующего блока и формирователя импульса дополнительной засветки областей заданного потенциала, включенных таким Образом, что детектор коллекторной системы подключен через днухпозиционный переключатель к одному из входов регистратора и к входу схемь 1 Формирования Функции сравнения и запоминания ее амплитуды, выход которой подключен ко входу блока преобразования сигнала во временной код, который через декодирующий блок, днухпозициснный переключатель и ФОрмирОнатель импульса цсполнительной засветки подключен на два других входа регистратора, при этом генератор пилообразного напряжения подключен на вход декодирующего блока и через блок смещения и Фиксации уровня пилообразного напряжения к энергетическому анализатору. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Дюков В, Г. и др, Растронь.й электронный микроскоп с фильтрацией вторичных электронов по энергиям.- Материалы 1 Х Всесоюзной конференции по электронной микроскопии, Тбилиси. М 1973, 100,"2. Авторское свидетельство СССР Р 517080, кл. Н 01 У 37/2 б, 1974 (прототип),потенциале, заключенная в соотнетствуюших смещениях во времени импульсов,поступающих с блока преобразования:игнала во временной код 9, относительно опорных импульсов малой длительности (менее 1 - 10 мкс) и строгофиксированного положения во времени,вырабатываемых схемой Формированияопорного импульса блока 10, преобразуется либо в сигнал, амплитуда которого пропорциональна величине потенциала н соответствующей точке исследуемой областд объекта (этот сигналпоступает через переключатель П наотклоняющие пластины ЭЛТ регистратора 14 для получения инФормации о распределении потенциала вдоль линиисканирования) либо, при совпаденииопорного импульса и импульса заданного потенциала, в сигнал, поступающий через переключатель П- на входформирования импульса дополнительнойзасветки области заданного потенциала 11, с выхода которого импульс засветки подается на катод ЭЛТ регистратора 14 для дополнительной засветкиобласти или точки заданного потенциала,Задание и измерение потенциала осуществляется с помощью блока смещенияи фиксации уровня пилообразного напряжения 13, выход которого соединенс анализатором 6, при этом величинаподсвечиваемого потенциала считывается с цифрового вольтметра. При необходимости точной локализации экнипотенциальных областей легко осущест 35вить совмещение изображения поверхности в режиме вторичной электроннойэмиссии и изображения эквипотенциальных областей путем последовательного наложения соответствующих изображений при ФотографированииПриэтом переход к обычному режиму осущестнляется простым переключениемпереключателя П 1.Описанное устройство позволяет 45получать картины распределения эквипотенциальных областей изучаемой поверхности объектов, имеющих нерегулярный потенциальный рельеф, с любым числом эквипотенциалей любого за данного значения,Точность измерения потенциалов наповерхности твердого тела в описанномустройстве достигает 0,04 В и ограничивается только конструкцией коллек 5тора вторичных электронов, Большойдинамический диапазон ( 30 В) изменения амплитуды входного сигнала позволяет исключить ошибки измерений,возникающие из-эа изменения амплитуды сигнала задержки в различных точ 60ках объекта сс сложным микрорельефом.Существенно расщирены Функциональные возможности РЭ 11, так как н описанном устройстве обеспечивается возможность получать не только иэображения эквипотенциалей, но и автомати"чески вычерчивать распределение потенциала вдоль заданного напранленияпри последовательном изменении потенциала, а также получать контуры равных значений напряженности при исследовании микрополей рассеяния.