Способ и устройство для получения вторично-эмиссионного изображения

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК ге г 28 теней АНИ К АВТОРСКОМУ ТЕЛЬСТ из памят частотой помина особ по п.1, о т л я тем, что запоми вторичных частиц одновременно со сч ии ч а юаниесуще- тывание 2. Сп и й с гналов вляют памят ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 21) 353533 1/18-21(71) Специальное конструкторскоебюро Института органической химииим, Н.Д. Зелинского и Научно-производственное объединение "Норпласт"(56) 1. Патент Японии В 49-29091,кл. 99 С 31, опублик. 1974.2. Патент Японии Ф 51-41315,кл. 99 С 31, опублик. 1975 (прототип) (54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВТОРИЧНО-ЭМИССИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ(57) 1. Способ получения вторично- эмиссионного изображения, включающий облучение объекта сканирующимпучком, запоминание сигналов вторичньйчастиц, развертывание луча электроннолучевой трубки видеоконтрольного устройства одновременно со считыванием из памяти сигналов модуляции яркости, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности изоб" ражения во вторичных частицах, в процессе сканирования осуществляют периодическую остановку пучка, а облучение осуществляют импульсами в каждом из периодов остановки пуч 3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что запоминание сигналов вторичных частиц про изводят в течение всего времени каждого периода остановки пучка.4. Способ по пп, 1-3, о т л ич а ю щ и й с я тем, что считывании производят с повышеннойпо,отношению к частоте за 5. Устройство для получения вторично-эмиссионного иэображения,содержащее источник первичного пучка, отклоняющую систему, держатель объек. та и схему формирования иэображения, включающую последовательно соединенные анализатор и приемник вторичных частиц, блок памяти кадра изображения с регистром, цифро-аналоговый преобразователь, выход которого соединен с модулирующим электродом электроннолучевой трубки, а также задающий генератор, блок управления отклоняющей системой, генератор развертки электроннолучевой трубки, и блок прерьвания первичного пучка, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности во вторичных частицах и сокращения. времени получения изображения, оно снабжено интегратором, делителем частоты, блоком управления записью и блоком управления считыванием, при этом интегратор включен между приемником вторичных частиц и блоком памяти кадра, выход задающего генератора соединен с вхоодом делителя частоты и первым входом блока управления считьванием, выход делителя частоты соединен с бло1088089 ком прерывания первичного пучка,блоком управления отклоняющей системой, выполненным в виде генератораступенчатого напряжения, генератором развертки электроннолучевойтрубки, с входами интегратора и блока управления записью, выход которого соединен с вторым входом блокауправления считыванием и первым входом блока памяти кадра, выход блока Изобретение относится к техникеполучения вторично-эмиссионногоиэображения поверхности твердых тели может быть использовано при анализе микроскопических объектов. 5Известен способ получения вторично-эмиссионного. изображения, впроцессе которого объект сканируютоблучающим пучком первичных частиц,например, электродов, одновременно 1 Оизмеряя ток вторичных частиц, выби"ваемых первичным пучком из объекта(электронов, рентгеновских квантови др.). Синхронно с движением первичного пучка осуществляют развертку луча электроннолучевой трубки(ЭЛТ), яркость которой модулируютсигналом регистрируемых вторичныхчастиц, в результате чего на экраневозникает вторично-эмиссионное.изображение объекта, Облучение объектапервичным пучком осуществляют непрерывно в течение всего временисканирования первичного пучка, необходимого для формирования одного 25кадра изображения, после чего облучение прерывают. Регистрациюизображения осуществляют путем фотографирования с экрана ЭЛТ 11Недостаток способа заключаетсяв необходимости применения фотографической регистрации, требующей дорогостоящих фотоматериалов и включающей длительный процесс их обра- тки бо35Наиболее близким по. техническойсущности является способ получениявторично-эмиссионного изображения,включающий облучение объекта сканирую".щим пучком, запоминание сигналов втоуправления считыванием соединен с вторым входом блока памяти кадра. 6. Устройство по п.5, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно снабжено сумматором, к входам которого подключены выход блока памяти кадра и выход интегратора, а его выход соединен с третьим входом блока памяти кадра,ричных частиц, развертывание луча ЭЛТ видеоконтрольного устройства одновременно со считыванием из памяти сигналов модуляции яркости 2.Соответствующее известному способу устройство содержит источник первичного пучка, отклоняющую систему (ОС), держатель объекта и схему формирования изображения, включающую последовательно соединенные анализатор и приемник вторичных частиц, блок памяти кадра иэображения с регистром,цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), выход которого соединен с модулирующим электродом ЭЛТ, а также задающий генератор, блок управления ОС, генератор развертки ЭЛТ и блок прерывания первичного пучка 2 .Недостаток известных способа и устройства заключается в том, что при регистрации изображения во вторичных ионах, выбиваемых из объекта первичным пучком, разрешающая способность оказывается низкой. Одной из причин низкой разрешающей способности является значительный разброс тяжелых вторичных ионов по времени пролета от образца до приемника ионов, составляющий около 1 О с. В результате при непрерывном перемещении первичного пучка по поверхности объек та нарушается корреляция между координатами точки, из которой ион бып выбит, и моментом времени, в который ион был зарегистрирован. Поэтому изображение каждой точки объекта размывается в удлиненное пятно с характерным размером 0- йф- + 0Недостатком известного способа является также сложность правильного выбора силы тока первичного З 5 пучка при регистрации изображения во вторичных ионах. Это связано с тем, что в зависимости от свойств объекта коэффициент эмиссии вторичных ионов может изменяться в широ ких пределах (примерно на три порядка). Поэтому для правильного выбора силы тока первичного пучка требуется проводить несколько предварительных записей иэображения с различны ми значениями тока первичного пучка, что приводит к возрастанию времени выбора правильного режима записи. Кроме того,. при длительном сканировании, поверхность объекта может быть разрушена интенсивным первичным пучком уже на стадии выбора режима записи изображения.Целью изобретения является повышение разрешающей способности изоб ражения во вторичных частицах, а также сокращение времени получения изображения.- число строк в изображении,- длина строки на поверхности объекта;о - разброс во времени пролетавторичных ионов, 5Т - полное время однократногосканирования объекта,Ро - диаметр пучка первичных частиц на поверхности объекта,Другой причиной низкой разрешаю щей способности является сложность точной фокусировки первичного пучка на поверхности объекта, вызванная тем, что пр 14 малых значениях Р, мала интенсивность первичного пучка и, 15 следовательно, мал ток вторичных ионов. В результате время однократного сканирования приходится делать весьма большим, причем тем больше, чем меньше диаметр первичного пучка, 20 Поскольку в известном способе изображение возникает на экране ЭЛТ только после окончания однократного сканирования объекта и исчезает с экрана при начале нового сканиро вания, то большие интервалы времени между отдельными кадрами изображения практически лишают оператора возможности осуществить точную фокусировку первичного пучка, т.е. до" биться высокой разрешающей способности. Указанная цель достигается тем, что согласно способу получения вторично-эмиссионного изображения, включающему облучение объекта сканирующим пучком, запоминание сигналов вторичных частиц, развертывание луча ЭЛТ видеоконтрольного устройства одновременно со считыванием из памяти сигналов модуляции яркости, в процессе сканирования осуществляют периодическую остановку пучка, а облучение осуществляют импульсами в каждом из периодов остановки пучка,Запоминание сигналов вторичных частиц осуществляют одновременно со считыванием из памяти.Запоминание сигналов вторичных частиц производят в течение всего времени каждого периода остановки пучка. Считывание из памяти производят сповышенной частотой по отношению кчастоте запоминания.Указанная цель достигается также тем, что устройство для реализации способа получения вторично-эмиссионного изображения, содержащее источник первичного пучка, отклоняющую систему, держатель объекта и схему формирования изображения, включающую последовательно соединенные анализатор и приемник вторичных частиц, блок памяти кадра изображения с регистром, ЦАП, выход которого соединен с модулирунпцим электродом ЭЛТ, а также задающий генератор, блок управления ОС, генератор развертки ЭЛТ, и блок прерывания превичного пучка, снабжено интегратором, делителем частоты, блоком управления записью и блоком управления считыванием, при этом интегратор включен между приемником вторичных частиц и блоком памяти кадра, выход задающего генератора соединен с входом делителя частоты и первым входом блока управления считыванием, выход делителячастоты соединен с блоком прерыванияпервичного пучка, блоком управленияОС, выполненным в виде генератораступенчатого напряжения, генератором развертки ЭЛТ, с входами интегратора и блока управления записью, выход которого соединен с вторым входом блока управления считываниеми первым входом блока памяти кадра, выход блока управления считыванием35 Регистрация изображения осуществляется следующим образом.Задающий генератор 10 вырабатывает последовательность импульсов с соединен с вторым входом блока памяти кадра.Устройство снабжено сумматором, к входам которого подключены выход блока памяти кадра и выход интегратора, а его выход соединен с третьим входом блока памяти кадра.На фиг. представлена блок-схема устройства, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие операции споО соба..Устройство для получения вторично"эмиссионного изображения содержит источник 1 первичного пучка, откло" няющие пластины 2 и 3, образующие отклоняющую систему (ОС), объект 4, анализатор 5 вторичных частиц и приемник 6 вторичных частиц, блок 7 прерывания первичного пучка, блок управления ОС, включающий генераторы 20 8 и 9 ступенчатого напряжения, задающий генератор 10, делитель 11 частоты и дополнительный делитель 12 частоты, входящий в состав блока , управления ОС, интегратор 13 (на" пример, цифровой счетчик) сумматор 14, блок 15 памяти кадра, регистр 16, блок 17 управления интегратором, блок 18 управления считыванием из бло. ка 15 памяти кадра, блок 19 управле ния записью, ЦАП 20, выход которого соединен с модулирующим электродом ЭЛТ 21, и генератор 22 развертки ЭЛТ,Сущность способа и работа устройства заключаютсяв следующем.В исходном состоянии устройства содержимое всех ячеек блока 15 . памяти равно нулю.Рассматривается пример получения вторично-эмиссионного иэображения 40 участка объекта 4 размерами 150 х 150 мкм при диаметре первичного пучка ионов Э = 0,3 мкм с максимально достигаемой плотностью тока первичного пучка 30 мА/см . При ука" 45 занных параметрах ток первичного пучка составляет 1,4 10 ионов/с. В этом случае максимально возможная интенсивность тока вторичных .ионов,выбитых из объекта 4 и прошедших 50 через анализатор 5 на приемник 6,составляет 1,4 10 ионов/с, т.е. на три порядка ниже интенсивностипервичного пучка. частотой 50 МГц, изображенных на диаграмме 23 (фиг,2) . Эти импульсы поступают в делитель 11 частоты, который вырабатывает импульсы (коэффициент деления 850) на частоте 58,8 кГц (диаграмма 24),Длительность импульсов (диаграмма 24) состав ляет 10 с,интервалы между импульсами 7 10с. Поступая в генератор 22 развертки,ЭЛТ, импульсы (диаграмма 24) запускают развертку ЭЛТ 21.На диаграмме 25 показано изменение во времени напряжения строчной раз" вертки трубки. Кроме того, в течение импульса, вырабатываемого делителем частоты (диаграмма 24),импульсы (диаграмма 23) задающего генератора 10 поступают в блок 18 управления считыванием, который с частотой импульсов генератора (диаграмма 23) осуществляет последовательное считывание с ячеек блока 15 памяти.Считываемые числа через регистр 16 поступают в ЦАП 20, выходное напряжение которого модулирует яркость луча трубки 21. За время 10 с из блока 15 считывается 500 чисел, соответствующих одной строке изображения. При появлении следующего импульса (диаграмма 24) блок 18 вызывает считывание следующих 500 чисел, соответствующих следующей строке изображения, и так далее, пока не будут считаны хранящиеся в блоке 15 все 2,5 10 чисел, соответствующих одному полному кадру изображения.Одновременно с процессами считы- вания информации из блока 15 памяти и формирования изображения протекают следующие процессы, приводящие к записи информации об объекте 4 в блок 15, Импульсы (диаграмма 24) с выхода делителя 11 частоты поступают в блок 7 прерывания первичного пучка, который в момент переднего фронта поступающего импульса прерывает первичный пучок источника 1, и вновь включает первичный пучок с задержкой менбе 10 с относительно заднего фронта этого импульса. Диаграмма 26 показывает форму импульсов тока первичного пучка имеющих длительность около 710 с и разделенных промежутками более 10 с. В момент прекращения импульса облучения генератор 8 ступенчатого напряжения, запускаемый также импульсом делителя частоты (диаграмма 24), ступенчатоизменяет выходное напряжение, подава" емое на строчные отклоняющие пластины 2 (диаграмма 27). Таким образом, в момент действия облучающего пучка, на объект 4 напряжение на пластинах 2 неизменно, т.е. пучок неподвижен и действует на одну точку поверхности объекта. Перемещение объекта к со" седней точке происходит в промежутке между импульсами облучения.Вторичные ионы выбитые импульсом неподвижного облучающего пучка из данной точки объекта 4, проходят через анализатор 5 и регистрируются приемником 6 в виде отдельных импульсов. Поскольку вторичные ионы имеют значительный разброс по кинетической энергии, то импульсы вторичных ионов могут появиться не только во время действия облучающего импульса (диаграмма 26), но и в течение некоторого времени после его окончания, причем время этой задержки может достигать 10 с.25 Поэтому интегратор 13 подсчитывает (интегрирует) поступающие с прием-, ника 6 импульсы в течение периода времени, превышающего длительность импульса облучения примерно на 10 с. Длительность интервала времени интегрирования задается промежутком между импульсами (диаграмма 28), вырабатываемыми блоком 17 управления интегратором с частотой поступающих в него импульсов (диаграмма 24) и устанавливающими интегратор 13 на ноль.Непосредственно перед поступлением импульса 28 на интегратор 13 последний лсодержит число зарегистрированных вторичных ионов, выбитых из одной строго определенной точки объекта 4. Поэтому вырабатываемые блоком 19 управления записью импульсы (диаграмма 29), предшествующие импульсам на диаграмме 28, производят следую щие операции: своим передним фронтом импульсы на. диаграмме 29 активируют блок 18 управления считыванием и вызывают считывание из блока 15 в регистр 16 ранее записанного 5 О числа из ячейки с номером, соответствующим номеру облучавшейся точки объекта 4. В сумматоре 14 происходит суммирование этого числа с числом, находящимся в интеграторе 13, а сум ма поступает на информационный вход блока 15. Во время заднего фронта импульса (диаграмма 29) сумма записывается в блок 15 в ячейку под тем же номером, т.е. вся информация об одной и той же точке объекта 4 всегда попадает в ячейку блока 15 с одним и тем же номером. Поскольку. в исходном состоянии все ячейки блока 15 памяти содержат нули, то при первом сканировании происходит простое запоминание чисел из интегратора 13, но все последующие повторные сканирования приводят к накоплению информации путем ее суммирования по точкам.Процесс записи по точкам в блок 15 памяти повторяется с частотой 58,8 кГц для всех 500 точек одной строки изображения. После окончания сканирования строки дополнительный делитель 12 частоты вырабатывает импульс, под действием которого генератор 9 ступенчатого напряжения изменяет напряжение на пластинах 3, что приводит.к сканированию следую- . щей строки поверхности объекта 4, до тех пор, пока в блоке 15 не заполнятся все, 2,5 10 ячеек, что со 5ответствует полному кадру изображения.После окончания сканирования одного кадра автоматически начинается следующее сканирование с накоплением информации в блоке 15. Накопление информации может быть остановлено вручную оператором, имеющим возможность непрерывно наблюдать изображение на экране трубки 21 непосредственно в ходе сканирования образца, например, путем отклонения первичного пучка от образца либо путем ручной установки интегратора 13 на ноль.В рассматриваемом примере полное время запиеи одного кадра изображения составляет около 2,5. 10 Ф 1,7 1 О с,5 т.е. около 4 с. При этом при максимально возможном токе первичного пучка диаметром 0,3 мкм от каждой точки поверхности регистрируется примерно по одному вторичному иону.Благодаря тому, что считывание оинформации осуществляется непосредственно в процессе сканирования образца на существенно более высокой частоте, чем частота записи, выводоиэображения на экран происходит практически мгновенно с задержкой не более 10 2 с.после, попадания информации в блок 15 йамяти. Переходот сканирования одного кадра к сканированию следующего кадра сопровождается благодаря накоплению информации повышением контраста изображения,но без какого-либо перерыва в выводе иэображения на экран.Предлагаемый способ имеет ряд преимуществ перед известным. Благодаря записи изображения по точкам путем периодической остановки первич-ного пучка во время прерывания облучения удается полностью устранить размывание изображения точки, органически присущее известному способу. При аналогичных условиях записи, т,е. Ю = 500; 1, =. 150 мкм,Т 10 и В = 0,3 мкм; Т = 4 с, разрешение известного способа составляет 0,5 мкм, тогда как разрешение предлагаемого зависит только от 0 и составляет О,З мкм. Благодаря непрерывному выводу информации на экран непосредственно в ходе записи изображения до предела сокращается время выбора режима запися. Поскольку иэображение начинает появляться на экране одновременно с началом сканирования объекта и не исчезает с экрана все остальное время, а лишь повышает свой контраст оператор ЗО имеет возможность немедленно после начала сканирования начинать операции по выбору режима, не дожидаясь окончания сканирования кадра. Все производимые оператором изменения в режиме записи немедленно находят отражение в непрерывно наблюдаемом на экране изображении.Предельно упрощается выбор тока первичного пучка, так как запись ведется на максимально возможном (при заданном Цр)токе, но в течение минимального времени. Если коэффициент эмиссии вторичных ионов велик, то необходимый контраст изображения будет получен уже в первом же сканировании. Если кбэффициент мал, то в среднем на одну точку объекта будет регистрироваться менее 1 иона при однократном сканировании. Тогда благодаря накоплению информации при повторных сканированиях необходимый контраст будет получен без изменения тока первичного пучка за счет увеличения общего времени записи, которое определяется оператором визуально.Благодаря непрерывному визуальному контролю изображения в предлагаемом способе и устройстве становится возможным своевременно прекратить процесс записи в любой момент, т.е. предотвратить чрезмерное разрушение объекта облучающнм пучком..г оставитель В. Гаврюшинехред ТЛаточка Корректо имокосов 113 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная дактор И, Шуказ 2683/50 Тираж 683 НИИПИ Государственного о делам изобретений Москва, Ж, Рауш