Способ и устройство для получения вторично-эмиссионного изображения Советский патент 1984 года по МПК H01J37/28 

ком прерывания первичного пучка, блоком управления отклоняющей систе мой, вьшолненным в виде генератора ступенчатого напряжения, генератором развертки электроннолучевой трубки, с входами интегратора и блока управления записью, выход которого соединен с вторым входом блока управления считыванием и первым входом блока памяти кадра, выход блока

управления считыванием соединен с вторым входом блока памяти кадра.

6. Устройство по п.5, о т л ичающееся 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.

1. Способ получения вторичноэмиссионного изображения, включаю ий облучение объекта сканирующим пучком, запоминание сигналов вторичныА частиц, развертывание луча электроннолучевой трубки видеоконтрольного устройства одновременно со считыванием из памяти сигналов модуляции яркости, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности изображений во вторичных частицах, в процессе сканирования осуществляют периодическую остановку пучка, а облучение осуществляют импульсами в каждом из периодов остановки пучка. 2. Способ по П.1, отличающийся тем, что запоминание сигналов вторичных частиц осуществляют одновременно со считыванием из памяти. ---/ 3.Способ по пп. 1 и 2, о т л ичающийся тем, что запоминание сигналов вторичных частиц производят в течение всего времени каждого периода остановки пучка. 4.Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что считывание из памяти производят с повьшенной частотой по„отношению к частоте запоминания. 5. Устройство для получения вторично-эмиссионного изображения,содержащее источник первичного пучка, отклоняющую систему, держатель объекта и схему формирования изображения, включающую последовательно соеди(Л ненные 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, 00 и блок прерьшания первичного пучэо ка, отличающееся тем, о эо :о 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 мелоду приемником вторичных частиц и блоком памяти кадра, выход задающего генератора соединен с входом делителя частоты и первым входом блока управления считьшанием, выход делителя частоты соединен с бло

Изобретение относится к технике получения вторично-эмиссионного изображения поверхности твердых тел и может быть использовано при анали зе микроскопических объектов. Известен способ получения вторично-эмиссионного .изображения, в процессе которого объект сканируют облучающим пучком первичных частиц, например, электродов, одновременно измеряя ток вторичных частиц, выбиваемых первичным пучком из объекта (электронов, рентгеновских квантов и др.). Синхронно с движением первичного пучка осуществляют развертку луча электроннолучевой трубки (ЭЛТ), яркость которой модулируют сигналом регистрируемых вторичных частиц, в результате чего на экране возникает вторично-эмиссионное.изоб ражение объекта. Облучение объекта первичным пучком осуществляют непрерывно в течение всего времени сканирования первичного пучка, необ ходимого для формирования одного кадра изображения, после чего облучение прерывают. Регистрацию изображения осуществляют путем фотографирования с экрана ЭЛТ l, . Недостаток способа заключается в необходимости применения фотографической регистрации, требующей до рогостоящих фотоматериалов и включающей длительный процесс их обработки . Наиболее близким по. технической сущности является способ получения вторично-эмиссионного изображения, включающий облучение объекта сканир щим пучком, запоминание сигиалов вт ричных частиц, развертывание луча ЭЛТ видеоконтрольного устройства одновременно со считыванием из памяти сигналов модуляции яркости 2J , 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 изображения с регистром, цифро-аналоговьй преобразователь (ЦАП), выход которого соединен с модулирую1Щ1м электродом ЭЛТ, а таКже задающий генератор, блок управления ОС, генератор развертки ЭЛТ и блок прерывания первичного пучка 2J . 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 иэ причин низкой разрешающей способности является значительный разброс тяжелых вторичных ионов по времени проаета от образца до приемника ионов, составляющий около . В результате при непрерывном перемещении первичного пучка по поверхности объекта нарушается корреляция между координатами точки, из которой ион был выбит, и моментом времени, в который ион был зарегистрирован. Поэтому изображение каждой точки объекта размывается в удлиненное пятно с характерным размером D D - гЦе- + DO , где N - число строк в изображении} L - длина строки на поверхности объекта; о - разброс во времени пролета вторичных ионовJ Т - полное время однократного сканирования объектаJ DO - диаметр пучка первичных ча тиц на поверхности объекта Другой причиной низкой разрешающей способности является сложность точной фокусировки первичного пучка на поверхности объекта, вызванная тем, что при малых значениях D мал интенсивность первичного пучка и, следовательно, мал ток вторичных ионов. В результате время однократного сканирования приходится делать весьма большим, причем тем больше, чем меньше диаметр первичного пучка Поскольку в известном способе изображение возникает на экране ЭЛТ только после окончания однократного сканирования объекта и исчезает с экрана при начале нового сканирования, то большие интервалы времени между отдельными кадрами изображения практически лишают оператора возможности осуществить точную фоку сировку первичного пучка, т.е. добиться высокой разрешающей способности. Недостатком известного способа является также сложность правильного выбора силы тока первичного пучка при регистрации изображения во вторичных ионах. Это связано с тем, что в зависимости от свойств объекта коэффициент эмиссии вторичных ионов может изменяться в широких пределах (примерно на три поряд ка) . Поэтому для правильного выбора силы тока первичного пучка требуется проводить несколько предваритель ных записей изображения с различными значениями тока первичного пучка что приводит к возрастанию времени выбора правильного режима записи. Кроме того,, при длительном сканировании, поверхность объекта может быть разрушена интенсивным первичны пучком уже на стадии выбора режима записи изображения. Целью изобретения является пйвышение разрешающей способности изображения во вторичных частицах, а также сокращение времени получения изображения. 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 с. повьпиенной частотой по отношению к частоте 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 вторичньпс частиц, блок памяти кадра изображения с регистром, ЦАП, выход которого соединен с модулирующим 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 за ающего генератора соединен с входом делителя частоты и первым входом блока управления считыванием, выход делителя частоты соединен с блоком прерьшания первичного пучка, блоком управления ОС, вьшолненным в виде генератора ступенчатого напряжения, генератором развертки ЭЛТ, с входами интегратора и блока управления записью, выход которого соединен с вторым входом блока управления считыванием и первым входом блока памяти кадра, выход блока управления считыванием 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 третьи входом блока памяти кадра. На фиг.1 представлена блок-схема устройства, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие операции способа. .Устройство для получения вторично-эмиссионного изображения содержи источник 1 первичного пучка, отклоняющие пластины 2 и 3, образующие отклоняющую систему (ОС), объект 4, анализатор 5 вторичных частиц и при емник 6 вторичных частиц, блок 7 прерывания первичного пучка, блок управления ОС, включающий генератор 8 и 9 ступенчатого напряжения, зада щий генератор 10, делитель 11 частоты и дополнительный делитель 12 частоты, входящий в состав блока управления ОС, интегратор 13 (например , цифровой счетчик) сумматор 14, блок 15 памяти кадра, регистр 1 блок 17 управления интегратором, блок 18 управления считыванием из б ка 15 памяти кадра, блок 19 управле ния записью, ЦАП 20, выход которого соединен с модулирующим эле.ктродом ЭЛТ 21, и генератор 22 развертки ЭЛ Сущность способа и работа устройства заключаютсяв следующем. В исходном состоянии устройства содержимое всех ячеек блока 15 памяти равно нулю. Рассматривается пример получения вторично-эмиссионного изображения участка объекта 4 размерами 150 X 150 мкм при диаметре первичного пучка ионов Dg 0,3 мкм с мак симально достигаемой плотностью ток первичного пучка 30 мА/см. При ука 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 прошедпшх через анализатор 5 на приемник 6, составляет 1,4-10 ионов/с, т.е. на три порядка ниже интенсивности первичного пучкаi Регистрация изображения осуществляется следующим образом. Задающий генератор 10 вырабатыва ет последовательность импульсов с частотой 50 МГц, изображенных на диаграмме 23 (фиг.2). Эти импульсы поступают в делитель 11 частоты, который вырабатьшает импульсы (коэффициент деления 850) на частоте 58,8 кГц (диаграмма 24).Длительность импульсов (диаграмма 24) составляет ,интервалы между импульсами 7 10 с. Поступая в генератор 22 развертки.ЭЛТ, импульсы (диаграмма 24) запускают развертку ЭЛТ 21. ia диаграмме 23 показано изменение во времени напряжения строчной 3: вертки трубки. Кроме того, в течение импульса, вьфабатьшаемого 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 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 считывания 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 прерьшания первичного пучка, которьй в момент переднего фронта поступающего импульса прерьюает первичный пучок источника 1, и вновь включает первичньй пучок с задержкой менйе относительно заднего фронта этого импульса. Диаграмма 26 показывает форму импульсов тока первичного пучка, имеюящх 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), ступенчато изменяет выходное напряжение, подава емое на строчные отклонянлцие 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 промежзтке 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 . Позтому интегратор 13 подсчитывает (интегрирует) поступающие с приемника 6 импульсы в течение периода времени, превьшающего длительность импульса облучения примерно на Длительность интервала времени интег рирования задается промежутком между импульсами (диаграмма 28), вырабатываемыми блоком 17 управления интегра тором с частотой поступающих в него импульсов (диаграмма 24) и устанавли вающими интегратор 13-на ноль.Непосредственно перед поступлением импульса 28 на интегратор 13 последний содержит число зарегистрированньк 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 следующие операции: своим передним фрон- . том импульсы на. диаграмме 29 активируют блок 18 управления считыванием и вызывают считывание из блока 15 в регистр 16 ранее записанного 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 сумма 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 последуюп91е 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 вьфабатывает импульс, под действием которого генератор 9 ступенчатого напряжения изменяет напряжение на пластинах 3, что приводит к сканированию следую- . щей строки поверхности объектд 4, до тех пор, пока в блоке 15 не заполнятся всео2,510 ячеек, что соответствует полному кадру изображения . После окончания сканирования одного кадра автоматически начинается следующее сканирование с накоплением информации в блоке 15. Накопление информации может быть остановлено врзгчную 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 записи одного кадра изображения составляет около 2,5 Юх 1, c 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 информации осуществляется непосредбтвенно в процессе сканирования образца на существенно более высокой частоте, чем часто та записи, вывод изображения на экран происходит практически мгновенно с задержкой не более 10 с. после, попадания информации в блок 15 памяти. Переход от сканирования одного кадра к сканированию следующего кадра сопровождается благодаря накоплению информации повьшением контраста изображения,но без какого-либо перерыва в вьшоде изображения на экран. Предлагаемый способ имеет ряд преимуществ перед известным. Благодаря записи изображения по точкам путем периодической остановки первичного пучка во время прерьюания облучения удается полностью устранить размьгоание изображения точки, органически присущее известному способу При аналогичных условиях записи. т.е. N 500; L . 150 мкм,Тд и Dp 0,3 мкм; Т 4 с, разрешение известног о способа составляет 0,5 мкм, тогда как разрешение предлагаемого зависит только от сос тавляет 0,3 мкм. Благодаря непрерьюному выводу информации на экран непосредственно в ходе записи изображения до предела сокращается врем выбора режима записи. Поскольку изображение начинает появляться на экране одновременно с началом сканирования объекта и не исчезает с экрана все остальное время, а лишь повьшает свой контраст, оператор 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 )гоке, но в течение минимального времени. Если коэффициент эмиссии вторичных ионов велик, то необходимый контраст изображения будет получен уже в первом же сканировании. Если кбзффициент 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 облучающим пучком.

2

Г