Растровый электронный микроскоп Советский патент 1976 года по МПК H01J37/26 

1

Изобретение относится к Зочектронной микроскопии.

Известны растровые электронные микроскопы (РЭМ), содержащие электронно-оптическую часть, видеоконтрольный блок, коллектор вторичных электронов с энергетическим анализатором электронов.

Недостатком таких микроскопов является неточное построение картины эквипотенциалей при исследовании потенциального рельефа объектов.

Цель изобретения - повышение точности построения картины эквипотенциалей.

Поставленная цель достигается блатхэдаря тому, что микроскоп снабжен элек1ронно-лучевой трубкой, пластины вертикального отклонения которой соединены через усилитель с выходом коллектора, генератором пилообразного напряжения, соединенным с управляющим электродом энергетического анализато ра и с пластинами горизонтального отклонения трубки, включенным на вход видеоконтрольного блока, фоторегистратором, фоточувствительная поверхность которого ориентирована на экран электронно-лучевой, трубки, и

расположенным между тпафарегсм, БЬ полненным в виде непрозрач :--; ;; экрана с набором прор-ззей, ориентировашг-- гдс, L. направления горазонтальног-о OTK.iont/ijx -.ча в трубке.

На чертеже показана блок-схема предоюженного растрового электронного микроскопа.

В колонне 1 электронно-оптической части прибора, где формируется остросфокусированный электронный зонд, находятся отклоняющие катушки 2, соединенные с генераторами строчной и кадровой разаертки, которые имеются в видеоконтрольном блоке 3 и питают также отклоняющие катушки его кинескопа. В камере объектов микроскопа установлен образец 4. Коллекторная система 5, служащая для вытягивания и регистрации вторичных электронов, содержит энергетический анализатор 6 и детектор электронов 7. Выход детектора соединен через усилитель 8 с пластинами вертикального отклонения электронно-лучевой трубки 9. Генератор пилообразного напряжения 10 соединен с пластинами горизонтального отклонения той же трубки, а также с управляющим электродом энергетического анализатора 6. Получаемое на экране трубки 9 изображение осциллограмм переносится с помощью линзы 11 в другую плоскость, где установлен трафарет 12. (Тра фарет может быть наложен и непосредственно на экран трубки). Часть изображения осциллограмм, просвечивающая через прорези трафарета, регистрируется фоторегистратором 13 (например, ФЭУ), выход которого соединен со входом видеосигнала видеоконтрольного блока растрового микроскопа 3. Описываемый растровый микроскоп работает следующим образом. Электронный зонд, формируемый в колонне 1, отклоняется с помощью катущек 2 и генераторов строчной и кадровой разверток блока 3 так, что он выписывает на поверхности изучаемого объекта 4 растр. Эмитти- рованные вторичные электроны собираются коллектором 5 и проходят через анализатор 6. Если предположить, что анализатор действует как пороговый, т.е. пропускает электроны с энергией, превыщающей определенное значение (порог), то подача на управляющий электрод анализатора 6 пилообразного напряжения от генератора 10 приводит к периодическому сдвигу порога пропускания электронов через анализатор 6. Прощедщие электроны улавливаются регистратором 7 и создают сигнал, поступающий через усилитель 8 на пластины вертикального отклонения трубки 9. Если учесть, что пилообразное напряжение генератора Ю поступает также на пластины горизонтального отклонения трубки 9, то на экране последней сформируется осциллограмма кривой задержки спектра вторичных электронов в диа пазоне, определяемом амплитудой пилообраз ного напряжения. (Если анализатор работает как узкополосный, т.е. пропускает электроны только определенной энергии, то осциллограмма представляет собой кривую распреде ления вторичных электронов по энергиям). Когда на поверхности образца отсутствует потенциальный рельеф и образец однороден по составу, кривая задержки на экране электронно-лучевой трубки 9 не изменяет н своей формы, ни своей позиции независимо от того, в какой точке изучаемой поверхнос ти объекта находится сканирующий электрон ный зонд. При наличии потенциального релье фа на объекте осциллограмма смещается по горизонтали на экране трубки 9. Таким обр зом, информация о потенциалах в разных то ках образца отображается в сдвиге кривой задержки по экрану трубки. Следует отметить, что частота пилообразно ixi напряжения генератора 10 должна быть много выще, чем астота строчной развертки видеоконтрольного блока 3. В случае работы анализатора 6 как порогового элемента трафарет 12 представляет собой непрозрачную плоскую заслонку с набором наклонных щелей, прорезанных в ней. Весь набор щелей ориентирован вдоль линии горизонтальной развертки в трубке 9, и угол их наклона выбран таким, чтобы проектируемое на трафарет изображение рсциллограмм кривой задержки своей наклонной частью приходилось на всю длину щели. (Трафарет может иметь серию отверстий, ориентированных по горизонтали, и указанное условие при этом не является необходимым). В процессе наблюдения объекта с потенциальным рельефом осциллограмма кривой задержки смещается по горизонтали и ее наклонная часть пробегает периодически (с частотой строчной развертки видеоконтрольного блока З) вдоль набора щепей трафарета. Фоторегистратор 13 улавливает проблески проектируемой на трафарет осциллограммы, вырабатывая видеосигнал карты распределения эквипотенциалей. Их число на изображении, создаваемом на экране кинескопа видеоконтрольного блока 3, определяется ЧИСЛО / пересеченных осциллограммой щелей трафарета. Естественно, что если трафарет имел бы од;ну щель (или отверстие), то на экране блока 3 формировалось бы изображение одной эквипотенциали. Протяженность прорези на трафарете и быстрота развертки трубки 9 определяют длительность вспыщки, улавливаемой регистратором 13, при этом необходимо, чтобы время послесвечения люминофора трубки 9 было достаточно малым. При условии, что частота пилообразного напряжения генератора 1О намного превыщает частоту строчной развертки блока 3, изображения-эквипотенциале;н получаются практически слитными. Геометрическое разрещение оастрового микроскопа в режиме построени i эквипотенциалей практически равно его разрещению в обычном режиме при заданном рабочем отрезке объективной линзы РЭМ. Описанный микроскоп позволяет получать картины распределения эквипотенциальных областей изучаемой поверхности объектов, имеющих потенциальный рельеф, с желаемым числом эквипотенциалей и с высокой точностью, поскольку соседние четко различаемые эквипотенциали на изображениях отображают участки, потенциалы которых отличаются один от другого на 0,2 в, что превышает на порядок точность, достигнутую в устройстве-прототипе. Карты эквипотенциалей, получаемые на описанном РЭМ за один к фу содержат полную информацию о потенциальном рельефе на всем наблюдаемом участке поверхности. РЭМ может быть использован при физических исследованиях, когда необходимо измерять поверхностные потенциалы, как статические, так и периодически изменяющиеся В последнем случае применяют стробоскопию, при этом принцип действия устройства не меняется. РЭМ может быть рекомендован как контрольный прибор при проверке карты напряже ний на интегральных схемах. Формула изобретения Растровый электронный микроскоп, содержащий электронно-оптическую часть, видеоконтрольный блок, коллектор вторичных электронов, снабженный энергетическим анализатором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности построения картины эквипотенциалей, он снабжен электронно-лучевой трубкой, пластины вертикального отклонения которой соединены через усилитель с выходом коллектора, генератором пилообразного напряжения, соединенным с управляющим электродом энергетического анализатора и с пластинами горизонтального отклонения трубки, включенными на вход видеоконтрольного блока, фоторегистратором, фоточувствительная поверхность которого ориентирована на экран электронно-лучевой трубки, и расположенным между ними трафаретом, выполненным в виде непрозрачного экрана с набором прорезей, ориентированных вдоль направления горизонтального отклонения луча в трубке.