СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА СОСТАВА ДНА УГЛУБЛЕНИЙ Российский патент 1998 года по МПК G01N23/225 H01J37/26 

Изобретение относится к области материаловедения, в частности к области исследования материалов посредством электронной спектроскопии, и может быть использовано при контроле состава донной части углублений, преимущественно несквозных отверстий и глубоких канавок.

Известны способ и устройство для анализа глубоких канавок, глубина которых значительно превышает ширину (Olson R.R. Superior analytical geometry for scanning Auger microscopy. - Perkin - Elmer Physical Electronics Technical Bulletin 8901). Для анализа предложено использовать стандартный метод оже-спектроскопии с использованием коаксиальной электронной пушки и анализатора типа цилиндрическое зеркало. Недостатком известного технического решения следует признать принципиальную его непригодность для анализа дна отверстий, глубина которых превышает линейный размер дна более чем в 1,55 раза, поскольку стенки подобных отверстий препятствуют попаданию оже-электронов от объекта в анализатор.

Наиболее близким аналогом заявленного технического решения следует признать способ и устройство для анализа состава дна глубоких отверстий (Kibalov D. S., Smirnov V.K. How to analyze high-aspect ratio pits with the coaxial scanning Auger microprobe. - Scanning, 1995, v.17, pp. 141-143). Устройство содержит анализатор с цилиндрическим зеркалом, электронную пушку и дефлектор, размещенный между анализатором с цилиндрическим зеркалом и объектом исследований. При анализе состава дна глубоких отверстий облучают исследуемое дно электронным зондом, отклоняют вторичные электроны, вышедшие из отверстия без отражения от стенок, электрическим полем в приемник анализатора с цилиндрическим зеркалом, анализируют вторичные электроны и по результатам анализа судят о составе материала дна глубокого отверстия. Недостатком данного технического решения следует признать ограничение минимальной анализируемой площади, обусловленное дрейфом электронного зонда по поверхности объекта.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в расширении области применения электронной спектроскопии.

Технический результат, получаемый в результате реализации технического решения, состоит в обеспечении возможности анализа микроучастков на дне углублений, линейный размер дна которых много меньше глубины углубления.

Для обеспечения вышеуказанного технического результата облучают донную часть анализируемого углубления электронным зондом, отклоняют вторичные электроны, вышедшие из углубления без отражения от стенок, электрическим полем в приемник анализатора с цилиндрическим зеркалом, при этом генерируют электрическое поле, локализованное вне области отклонения вторичных электронов, действием генерированного электрического поля компенсируют дрейф электронного зонда в электрическом поле, отклоняющем вторичные электроны, обеспечивая тем самым неподвижность электронного зонда, и регистрируют оже-спектр, причем в ходе анализа используют электрические поля, потенциалы которых линейно связаны с потенциалом зеркала анализатора.

Для реализации способа предложено использовать устройство, содержащее электронную пушку, анализатор с цилиндрическим зеркалом, электростатический дефлектор для отклонения вторичных электронов, расположенный между анализатором и объектом исследования, детектор электронов, компьютер с монитором, блоки управления дефлектором и анализатором с цилиндрическим зеркалом, выполненные с возможностью обеспечения линейной связи потенциалов электродов дефлектора и зеркала анализатора с цилиндрическим зеркалом, причем на дефлекторе, вне зоны отклонения вторичных электронов, установлены электроды отклонения электронного зонда, обеспечивающие неподвижность участка электронного облучения, вход блока управления анализатором с цилиндрическим зеркалом соединен с выходом компьютера, первый выход блока управления анализатором с цилиндрическим зеркалом соединен с зеркалом анализатора, второй выход блока управления анализатором с цилиндрическим зеркалом соединен с входом блока управления дефлектором, выход которого соединен с электродами дефлектора, а выход детектора электронов соединен с входом компьютера.

Изобретение иллюстрировано графическим материалом, где на фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего способ, а на фиг. 2 приведена конструкция дефлектора.

На графическом материале приняты следующие обозначения: электронная пушка 1, сверхвысоковакуумная камера 2, объект исследования 3, дефлектор 4 в сборе, блок 5 управления дефлектором 4, анализатор 6 с цилиндрическим зеркалом, цилиндрическое зеркало 7 анализатора, блок 8 управления анализатором 6, детектор электронов 9, компьютер 10 с монитором, отклоняющий электрод 11 дефлектора 4, управляющий электрод 12 дефлектора 4, электронный зонд 13, траектория 14 движения вторичных электронов.

Дефлектор 4 установлен между анализатором 6 с цилиндрическим зеркалом 7 и объектом 3 исследования с возможностью размещения дефлектора 4 в нерабочем положении у стенки камеры 2. Расположение электродов дефлектора 4 показано на фиг. 2. Их геометрические размеры определены размерами дефлектора 4. Поскольку блок 5 управления дефлектором 4 управляется блоком 8 управления анализатором 6 с цилиндрическим зеркалом 7, то аналоговый сигнал управления потенциалом зеркала 7 с блока 8 поступает на вход блока 5, вырабатывающего напряжение, величины которого пропорциональны величинам сигнала на электроды 11, 12 дефлектора 4 при регистрации оже-спектров. Настройка блока 5 управления дефлектором 4 сводится к установлению коэффициента пропорциональности между отклоняющими потенциалами электродов 11, 12 дефлектора 4 и потенциалом зеркала 7, что обеспечивает максимальное пропускание оже-электронов через дефлектор 4 в анализатор 6 с цилиндрическим зеркалом в рабочем положении дефлектора 4, а также к компенсации дрейфа электронного зонда потенциалом управляющего электрода 12.

Устройство работает следующим образом. Устанавливают объект исследования 3 и дефлектор 4 в рабочем положении в сверхвысоковакуумной камере 2. Включают электронную пушку 1, детектор 9 электронов, компьютер 10 с монитором и блоки 5, 8 управления. Посредством блока 5 управления дефлектором 4 компенсируют дрейф электронного зонда по объекту 3 исследования во вторичных электронах, попавших в анализатор 6 с цилиндрическим зеркалом и регистрируемых детектором 9. Установив электронный зонд в анализируемое углубление, переключают блок 5 в режим управления блоком 8 и регистрируют оже-спектр.

Изобретение может быть иллюстрировано следующим примером реализации.

В качестве объекта исследования была выбрана молибденовая диафрагма с отверстием диаметром 140 мкм, установленная на высоте 350 мкм над плоской поверхностью образца из сплава палладия и серебра. Таким образом, было имитировано глухое отверстие, высота которого значительно превышает линейный размер дна углубления. Между объектом исследования и анализатором с цилиндрическим зеркалом установили дефлектор. Отверстие диафрагмы наблюдали во вторичных электронах на экране монитора с использованием анализатора с цилиндрическим зеркалом и детектора электронов при токе электронного зонда 350 нА. Правильность установки дефлектора проверяли по значению энергии пика упругого отражения электронов зонда с энергией 3 кэВ, эмитируемых поверхностью объекта исследования и прошедших через дефлектор в анализатор с цилиндрическим зеркалом при подаче на отклоняющий и управляющий электроды дефлектора +2,1 кВ = V(d) = V(c) (см. фиг.2). Затем задали V(d) = V(c) = 300 В посредством блока управления дефлектором и наблюдали смещение изображения объекта исследования на 5,7 мкм. Независимо изменяя потенциал управляющего электрода дефлектора в диапазоне V(c) от 290 до 310 В, определили, что компенсация дрейфа электронного зонда наступает при V(c) = 294 В. Установили электронный зонд в отверстие диафрагмы и зарегистрировали оже-спектр в интервале энергий электронов от 300 до 500 эВ, обеспечивая при этом линейную связь потенциалов V(d), V(c) и зеркала анализатора при их развертке. Оже-спектр поверхности сплава серебра и палладия, зарегистрированный из отверстия диафрагмы, сравнили с оже-спектром того же сплава, полученным с плоской поверхности без использования диафрагмы. Форма спектров идентична, уширение пиков серебра и палладия или искажения их формы на спектрах, полученных через диафрагму, не наблюдали. Также не наблюдали уширения пика упругого отражения электронов, эмитируемых поверхностью исследуемого объекта и прошедших через диафрагму и дефлектор в анализатор с цилиндрическим зеркалом.

Анализатор с цилиндрическим зеркалом работал при относительном энергетическом разрешении 0,6%. Для регистрации оже-спектров использовали оже-микроанализатор PHI 660.

Использование: при элементном анализе несквозных отверстий и канавок, высота которых значительно превышает линейные размеры их дна. Сущность изобретения: участок дна облучают электронным зондом со скомпенсированным дрейфом. Компенсацию проводят генерированным электрическим полем. Регистрируют вторичные электроны, не отраженные от стенок углубления, анализатором типа цилиндрическое зеркало. По оже-спектру вторичных электронов судят о составе дна углубления. Устройство, применяемое для реализации способа, содержит электронную пушку и анализатор типа цилиндрическое зеркало. Между анализатором и анализируемым объектом установлен дефлектор. Устройство дополнительно содержит компьютер с монитором. К входу компьютера подключен детектор вторичных электронов. Выход компьютера соединен с входом блока управления анализатором, первый выход которого соединен с зеркалом, а второй - с входом блока управления дефлектором. Выход блока управления дефлектора соединен с дополнительно установленными в дефлекторе управляющими электродами. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ анализа состава дна углублений, включающий облучение участка дна углубления электронным зондом, отклонение вторичных электронов, вышедших из углубления без отражения от его стенок, электрическим полем в приемник анализатора типа цилиндрическое зеркало и регистрацию оже-спектра вторичных электронов, отличающийся тем, что генерируют электрическое поле, локализованное вне области отклонения вторичных электронов, действием генерированного поля компенсируют дрейф электронного зонда, обеспечивая его неподвижность, причем в ходе анализа используют электрические поля, потенциал которых линейно связан с потенциалом зеркала анализатора. 2. Устройство для анализа дна углублений, содержащее электронную пушку, анализатор с цилиндрическим зеркалом, электростатический дефлектор, расположенный между анализатором и объектом исследования, детектор электронов, блоки управления анализатором и дефлектором, компьютер и монитор, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит электроды отклонения электронного зонда, установленные в дефлекторе вне зоны отклонения вторичных электронов, выход детектора электронов соединен со входом компьютера, выход компьютера соединен с входом блока управления анализатором, первый выход блока управления анализатором соединен с зеркалом анализатора, второй выход блока управления анализатором соединен со входом блока управления дефлектором, выход которого соединен с электродами дефлектора.