Растровый электронный микроскоп Советский патент 1991 года по МПК H01J37/28 

Изобретение относится к растровой электронной микроскопии полупроводниковых объектов (например, кремниевых пластин, структур) и может быть использовано для визуализации и измерения распределения времени жизни неравновесных носителей заряда по поверхности этих объектов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей растрового элек- тронного микроскопа (РЭМ) при обеспечении нерээрушающего характера измерений.

На фиг.1 показана блок-схема РЭМ; на фиг.2 - схема расположения объекта и СВЧ- преобразователя.

РЭМ включает электронно-оптическую колонну 1 с системой 2 формирования и сканирования электронным пучком, выводы которой соединены с блоком 3 управления электронным пучком по координатам и времени. По ходу электронного пучка размещены исследуемый объект 4 и измерительный СВЧ-преобразователь 5 (ИП). Система обработки и регистрации сигнала включает цир- кулятор 6, вторгй вход которого соединен с

сь со

00

XI ь. ел

выходом СВЧ-генератора 7, первый вход - с выводом ИП 5, а выход- с СВЧ-детектором (Д) 8. Выходы блока 3 и Д 8 соединены с соответствующими входами фазового анализатора 9, выход которого соединен с входом блока 10 усиления и визуализации сигнала.

ИП 5 выполнен (фиг.2) в виде отрезка волновода, ориентированного перпендикулярно электронно-оптической оси 11 и имеющего высокочастотный вывод 12 через стенку РЭМ. Объект 4 может устанавливаться над или под отверстиями 13, выполненными по ходу электронного пучка в стенках волновода.

Устройство работает следующим образом.

Электронный пучок взаимодействует с, объектом 4 и генерирует в его приповерхностном объеме неравновесные носители заряда, что приводит к модуляции добротности системы объект - ИП с задержкой во времени адекватно времени жизни неравновесных носителей. Это отражается в виде изменения амплитуды СВЧ-сигнала на Д 8, который проходит по тракту: СВЧ-генератор 7 - циркулятор 6 - ИП 5 - циркулятор 6 - Д 8. Сигналы с выходов Д 8 и блока 3 управления электронным пучком поступают на входы фазового анализатора 9, который определяет сдвиг фаз в между этими сигналами либо сдвиг фронтов импульсов, либо другие временные соотношения. Время т жизни не- равновесных носителей может быть определено из соотношения tg Э еот,где . частота синусоидальной модуляции.

П р и м е р. В РЭМ типа ISM-U3 помещался измерительный преобразователь диапазона 3 см в виде отрезка прямоугольного волновода с одним отверстием щелевидной формы (длина 5 мм, ширина 1 мм), вырезанным в месте пучности стоячей СВЧ-волны. Для генерации СВЧ использовался диод Ганна АА703, для детектирования - диод Д403, циркулятор-стандартный для диапазона 3 см. Электронный пучок модулировали во времени на частоте 1 кГц (генератором

TR-0401), в качестве анализатора использовали фазометр Ф2-4 или двухлучевой осциллограф С1-74. Измерялись времена жизни на кремниевых пластинах р-типа с удельным сопротивлением 10 Ом- см и выше. Можно измерять времена жизни и в материалах с меньшим удельным сопротивлением в зависимости от конкретной конструкции ИП и чувствительности детектора. ИП может

быть выполнен с одним либо с двумя отверстиями различной формы, а объект может размещаться внутри или вне ИП.

В результате измерений получены данные о распределении времен жизни по площади растра 1x1 мм с размещением лучше 0,1 мм в диапазоне времени жизни 18-25 мкс для кремния 10 Ом-см. Формула изобретения Растровый электронный микроскоп для

анализа полупроводниковых объектов, содержащий электронно-оптическую колонну, блок управления электронным пучком по координатам и времени и систему обработки и регистрации сигнала, включающую блок

усиления и визуализации, отличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет визуализации распределения времени жизни носителей заряда и осуществления количественного анализа при обеспечении неразрушающего характера измерений, он снабжен измерительным СВЧ-преобразо- вателем в виде отрезка волновода по крайней мере с одним отверстием по ходу

электронного пучка, а система обработки и регистрации сигнала снабжена СВЧ-гене- ратором, циркулятором, СВЧ-детектором и фазовым анализатором, при этом вывод измерительного СВЧ-преобразователя соединен с первым входом циркулятора, второй вход которого соединен с выходом СВЧ-генератора, а выход - с входом СВЧ-детекто- ра, первый вход фазового анализатора соединен с выходом блока управления электронным пучком, второй вход - с выходом СВЧ-детектора. а выход - с входом блока усиления и визуализации.

Фаг.1

Изобретение относится к растровой электронной микроскопии полупроводниковых объектов и может быть использовано для визуализации и измерения распределения времени жизни неравновесных носителей заряда по поверхности этих объектов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей растрового электронного микроскопа при обеспечении неразрушающего характера измерений. Микроскоп снабжен измерительным СВЧ- преобразователем в виде отрезка волновода, ориентированным перпендикулярно электронно-оптической оси и выполненным по крайней мере с одним отверстием по ходу электронного пучка. Объект располагается над или под соответствующим отверстием. Система обработки и регистрации сигнала снабжена СВЧ-генерэтором, цирку- лятором, СВЧ-детектором и фазовым анализатором. Вывод преобразователя соединен с первым входом циркулятора, второй вход которого соединен с выходом СВЧ-генера- тора, а выход - с входом СВ Ч-детектора. Первый вход фазового анализатора соединен с выходом блока управления электронным пучком, второй вход - с выходом СВЧ-детектора, а выход - с входом блока усиления и визуализации. 2 ил.

13