Растровое устройство для анализа структуры объекта Советский патент 1992 года по МПК H01J37/28 

Изобретение относится к лучевому оптическому приборостроению и может быть использовано в микроэлектронике, кристаллографии и управлении технологическими процессами на уровне микроструктур.

Целью изобретения явпяется повышение точности определения химического состава твердых объектов путем обеспечения возможности послойного анализа непосредственно в устройстве.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства, на фиг.2- схема программатора} на Фиг.З -временная диаграмма изменения мощности пучка в зависимости от режимов работы устройства (Р - уровень мощности; t - время) .

Растровое устройство для анализа структуры объекта содержит (фиг.1) последовательно расположенные по оптической оси источник 1 ионов, систему 2 формирования пучка, систему

J

со i ел

СП

оо

которая поз- в заданную

3 сканирования пучка, воляет выводить пучок координату объекта и затем сканировать его по объекту в двух взаимно последовательных направлениях, и столик k объектов для размещения исследуемого объекта, а также последовательно соединенные масс-спектрометр 5, детектор 6, предусилитель 7 видеоусилитель 8 и электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 9, которая соединена с блоком 10 регистрации. Выходы генератора 11 развертки соединены с выводами системы 3 сканирования пучка и вводами масс-спектрометра 5 и ЗЛТ 9. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12 соединен по входу с выходом предусилителя 7, а по выходу - с первым входом блока 13 памяти, второй вход которого соединен с выходом генератора 11 разверток, а третий вход - с первым выходом программатора 1. Второй, третий и четверты выходы программатора соединены соответственно с вторым входом блока 10 регистрации, входом генератора 11 разверток и входом регулятора 15 мощности пучка, выход которого соединен с выводами источника 1 ионов.

Блок 10 регистрации может быть выполнен, например, в виде накопителя на магнитном к-кителе- Блок 13 памяти выполнен на матрице электрон- ных элементов с дешифраторами адреса и усилителями.

Программатор 1 (фиг.2) содержит кнопку 16 пуска, генератор 17 переменой частоты с выведенной на переднюю панель настройкой, десятичные счетчики с дешифраторами 18-21, задатчи- ки 22-25 числа импульсов на переключателях, также выведенных на передню панель, схемы 26-29 совпадений, формирователь 30 строб-импульса для задания режима анализа, кнопки 31 и 32 для передачи синхроимпульсов от генератора 17 переменной частоты, схемы 2И 33 и ЗЦ для пропускания синхроимпульсов, схемы 2ИЛИ 35 и 36 и схему 37 формирования напряжения, управляющего регулятором 15.мощности пучка.

Устройство работает следующим образом.

Программатор 1 задает начало координат исследуемого объема объекта, размеры исследуемого объема в трех взаимно перпендикулярных направления

7558

число анализируемых слоев объема и толщину испаряемого слоя. Через регулятор 15 мощности пучка он задает е режимы мощности в следующей последовательности: Малая мощность, Большая мощность и Мощность промежуточного уровня.

Данные режимы мощности пучка обеспечивают три вида работы устройства:

режим спектроанализатора, когда сканируются настройка масс-спектрометра 5 при неподвижном1 пучке и развертка ЭЛТ 3 на строке, .

режим испарения, когда снимается слой материала после его анализа,

режим подготовки к анализу, когда устраняется с поверхности анализируемого слоя осажденный слой, образующийся после режима испарения.

to

15

20

5

0

5

0

5

0

5

Оператор устанавливает органами управления программатора исходные данные:

начальные координаты по осям X и Y исследуемого участка объекта - кнопками 31 и 32 соответственно в режиме работы видеоконтроля, т.е. при изображении объекта на ЭЛТ,

расстояние между анализируемыми точками по оси X - частотой генера- ратора 17

число анализируемых точек в строке - переключателями схемы 26 совпадения ,

число анализируемых строк-пере- ключателями схемы 27 совпадения,

количество проходов пучком по анализируемому участку в режиме испарения для снятия одного слоя - переключателями схемы 28 совпадения,

количество анализируемых слоев - переключателями схемы 29 совпадения.

При нажатии на кнопку 16 пуска схема 29 совпадения формирует на выходе формирователя 30 строб-импульс, который открывает схемы 2И 33 и З1 пг первым входам, при этом на второй вход схемы 33 поступают синхроимпульсы с выхода генератора 17, которые через схему 2ИЛИ 35 поступают на формирование строчной развертки, причем напряжение на выходе АЦП нарастает в результате поступления этих импульсов и суммируется с напряжением на выходе А1|П, которое образуется в результате поступления импульсов при нажатии кнопки 31, т.е. когда выставлялось начало координат по оси X.

51

Синхроимпульсы генератора 1 7 одновременно поступают на вход десятичного счетчика 18 и, когда выходы, на которых в данный момент присутствуют поделенные импульсы, совпадают с выбранными контактами переключателей, по единицам, десяткам и сотням, схема .6 совпадения формирует импульс, который обнуляет счетчик 18, поступает как синхроимпульс на счетчик 19 и для формирования кадровой развертки на схему 2И 34.

«Аналогично работают узлы программатора 13-23-27, 20-24-28 и 21-25-29. По завершении полного цикла работы выходной импульс со схемы 29 совпадения поступает на второй вход формирователя 30 строб-импульса и выключает строб, разрешающий работу программатора.

Толщина испаряемого слоя материа- ла объекта за один проход по площади участка определяется мощностью пучка в режиме испарения. Число проходов и число снятия слоев определяет третью координату z, т.е. глубину анализируемого участка. Представленная на фиг.З диаграмма построена для случая, когда число проходов для снятия одного слоя равно 2, а число исследуемых слоев в объеме объекта, включая поверхностный, равно 4«

Уровень мощности Р( соответствует режиму анализа, уровень мощности Р, - режиму подготовки поверхности для анализе, а уровень мощности PJ - режиму испарения.

Соответственно в интервалах времени О-Ц, t4-t&, tg-Ц, t,-t13 происходит анализ, в интервалах t -tг-tъ, t5-tg-t7, {0-tH - снятие слоев материала, а в интервалах , t.T-tg, t--(1-t,2 снятие осажденного слоя (режим подготовки).

После установки исходных данных и включения начала работы процесс анализа объекта происходит автоматически в следующем порядке.

С программатора 14 через генератор 11 развертки задаются напряжения на систему 3 сканирования пучка, которые устанавливают пучок в начальные координаты X и Y исследуемого участка объекта, расположенного на столике 4,

/ Одногременно с программатора 14 на первую адресную шину блока . 13 памяти поступают двоичный код номе73/5586

ра слоя и напряжения отклонения вы- 1 бранной точки оп ъеюс-i. Затем по ко- 1 манде с программатора 14 генератор 11 развертки подает ступенчатое напряжение разверток на масс-спектрометр 5 и ЭЛТ 9, я также двоичный код шагов отклоняющего напряжения - на вторую адресную шину блока 13 пл0

мяти,

0

Продетектированный и усиленный в предусилителе: 7 сигнал через видеоусилитель 8 поступает на ЭЛТ 9, формируя на экране кривую распреде, ления химических элементов в данной точке объекта. Одновременно видеосигнал, преобразованный в двоичный код в АЦП 12, поступает на шину данных блока 13 памяти, на вторую адрес0 ную шину которого в это время поступает код адреса ступени развертывающего напряжения, осуществляя таким образом запись информации о наличии химических элементов в струк5 туре вещества исследуемой точки объекта. По окончании этого процесса программатор 14 дает команду для перехода в следующую исследуемую точ-. ку и весь процесс повторяется. Проходя все точки поверхности данного слоя объекта, которые были заложены в программаторе 14, осуществляется картирование данного слоя и производится запись данных анализа в блоке 13 памяти.

5 п

Но окончании анализа слоя программатор 14 через генератор 11 развертки возвращает пучок в исходную точку, устанавливает через регулятор 15 о мощности пучка режим испарения и включает генератор 11 развертки в режим непрерывного сканирования пучка по осям X и Y, проходя поверхность участка заданное число раз (в данном j случае 2 прохода), и снимая слой заданной толщины. В начале третьего прохода программатор 14 через регулятор 15 мощности пучка устанавливает мощность режима подготовки и 0 сканирует поверхность еще один раз. По окончании этого прохода программатор 14 через генератор 11 развертки и систему 3 сканирования пучка выводит пучок в исходную точку ное вого слояр при этом в блок 13 памяти по первой адресной шине с программатора 14 поступает код нового слоя с Данный процесс повторяется до тех пока не закончится

анализ последнего слоя исследуемого объема объекта.

По окончании цикла регистрации данных может быть произведена обработка данных, которые были загтиса- ны в блоке 13 памяти, например распределение химических элементов в интересующей точке исследуемого объема или распределение какого-либо химического элемента по площади определенного слоя или всех слоев исследуемого объема - картирование химических элементов послойно.

Результаты обработки могут быть выведены для визуального анализа на экран ЭЛТ 9, а также в блок 10 регистрации для документирования или последующей обработки. Так как данные записаны в цифровой Форме, дальнейшую обработку данных удобно проводить на ЭВМ.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможность оп- ределения распределения химических элементов не только на поверхности и в приповерхностном слое твердого объекта, но также позволяет производить послойный анализ материалов, т.е. получать трехмерную информацию. Это позволяет производить детальное измерение химического состава простых материалов и сложных композиций для решения исследовательских и технологических задач во многих областях электронной техники, особенно в микроэлектронике. Предлагаемое устройство позволяет не только определять физическую причину брака изделия электронной техники, но и обнаруживать скрытый брак, не выявляемый

существующими методами контроля, а

1737558в

также управлять технологическими процессами обработки посредством o6v емного контроля состава технологических сред. 5 Формула изобретения

Растровое устройство для анализа структуры объекта, содержащее последовательно расположенные по оптичеЮ ской оси источник ионов, системы формирования и сканирования пучка и столик объектов, а также последовательно соединенные масс-спектрометр, детектор, предусилитель, видёоусили15 тель и электронно-лучевую трубку,соединенную с блоком регистрации, и генератор разверток, выходы которого соединены с выводами системы сканирования пучка и входами масс-спектро20 метра и электронно-лучевой трубки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения химического состава твердых объектов путем обеспечения возможности послой25 ного анализа непосредственно в устройстве,, оно снабжено блоком памяти, программатором, регулятором мощности пучка и аналого-цифровым преобразова- ( телем, вход которого соединен с вы30 ходом предусилителя, а выход - с первым входом блока памяти, выход которого соединен с первым входом блока регистрации, второй вход - с выходом генератора разверток, третий вход - с первым выходом программатора,

второй, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с вторым входом блока регистрации, вхоч дом генератора разверток и входом регулятора мощности пучка, выход ко40

торого соединен с выводами источника ионов

второй, третий и четвертый выходы ко торого соединены соответственно с вторым входом блока регистрации, вхо дом генератора разверток и входом регулятора мощности пучка, выход ко

торого соединен с выводами источника ионов

Шыг/

Р

РАСТРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА СТРУКТУРЫ ОБЪЕКТА

Изобретение относится к лучевому оптическому приборостроению. Целью изобретения является повышение точности определения химического состава твердых объектов путем обеспечения возможности послойного анализа непосредственно в приборе. Устройство содержит последовательно расположенные по оптической оси усточник ионов, системы формирования и сканирования пучка и столик объектов. В Рлок-схему дополнительно введены блок памяти, программатор, регулятор мощности пучка и аналого-цифровой преобразователь. Выходы программатора соединены с блоком регистрации, блоком памяти, генератором разверток и регулятором мощности пучка. Устройство обеспечивает три режима работы: анализ с помощью масс-спектрометра, испарение, когда снимается слой материала, и подготовка к анализу, когда с поверхности снимается осажденный после испарения слой. Это позволяет определять послойное распределение химических элементов и получать трехмерную информацию. 3 ил. (О (Л

w

Pi

0/2345

11 111).

B789fOfl/2W Шиз.З