Растровый электронный микроскоп Советский патент 1979 года по МПК H01J37/26 

Изобретение относится к области электронно-оптического приборостроения и может быть использовано при ис следовании потенциального рельефа на поверхности твердых тел. При решении ряда практических задач, например в микроэлектронике, необходимо получать как общую картину топографии микропотенциалов, так и точно локализировать область с заданным значением потенциала и оперативно измерять потенциал в любоЯг точ ке исследуемого участка поверхности объекта. Известен растровый электронный микроскоп (РЭМ) для измерения потенциалов на поверхности твердых тел, содержащий электронно-оптическую сис тему, видеоконтрольный блок и коллек тор вторичных электронов с узкополос ным энергетическим анализатором 1. В данном устройстве изображение одно эквипотенциали получается за счет то го, что линза-анализатор коллектора пропускает электроны только определенной энергии, которая зависит от значения потенциала в исследуемой об ласти объекта. Изображение серии эквипотенциалей получается при многокр тном экспонировании одного кадра со ступенчатым сдвигом вручную положения области пропускания энергетического анализатора. Точность построения эквипотенциалей составляет 2-3 В. Недостатками известного устройства является низкая точность измерения потенциалов и невозможность автоматизировать процесс измерений. Наиболее близким к изобретению техническим решением является растровый электронный микроскоп,содержащий электронно-оптическую систему, коллекторную систему с энергетическим анализатором и детектором электронов, генератор пилообразного напряжения, устройство преобразования видеосигналов и регистратор 2. Устройство преобразования видеосигналов выполнено в виде усилителя видеосигнала, электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), оптической линзы, трафарета из непрозрачной заслонки с набором наклонных щелей и фотоусилителя (ФЭУ). В данном устройстве построение изображения эквипотенциалей основано на регистрации кривой задержки в каждой точке исследуемого объекта путем периодического линейного сдвига порога пропускания энергетического анализатора, задаваемого генератором 36 - - - пилообразного напряжения, и построения изображения кривой задержки на экране ЭЛТ, которое с помощью оптической линзы переносится в плоскость трафарета. Информация о потенциалах в разных точках объекта содержится в сдвиге кривой задержки по экрану 3Jff, который регистрируется ФЭУ при просвечивании осциллограмм в соответ ствующей щели трафарета. Устройство обеспечивает точность построения эквипотенциалей 0,1 В. Недостатками известного устройства являются невысокая точность измерения потенциалов, обусловленная искажениями кривой задержки при р,егистрации ее на объектах со сложным геометрическим рельефом и конструкцией трафарета невысокая надежность измерений, связанная с необходимостью регулярной настройки устройства и точной юстировки трафарета; ограниче ность функциональных возможностей, так как устройство позволяет получат только экйипотенциалей на поверхности исследуемых объектов. Целью изобретения является повышсние точности и надежности измерени на объектах с любым геометрическим рельефом и расширение функциональных возможностей РЭМ. Указанная цель достигается тем, что в известном РЭМ устройство преобразования видеосигналов выполнено в виде блока преобразования сигнала во временной код, схемы формирования функции сравнения и запоминания ее амплитуды, блока смещения и фиксации нулевого уровня пилообразного напряжения, декодирующего блока и формирователя импульса дополнительной зас ветки областей заданного потенциала, включенных таким образом, что детектор коллекторной системы подключен через двухпоэиционный переключатель к одному из входов регистратора и ко входу схемы формирования функции сра нения и запоминания ее амплитуды, вьрсод которой подключен ко входу бло ка преобразования сигнала во .временной, кед, который через декодирующий блок, двухпозиционный переключатель и формирователь импульса дополнитель ной засветки подключен на.два других входа регистратора, при этом генератор пилообразного напряжения подключей на вход декодирующего блока и че рез блок смещения и фиксации нулевого уровня пилообразного напряжения ;к энергетическому анализатору. На чертеже представлена блок-схем растрового электронного микроскопа, котоЕялй содержит элек.тронно-оптическую систему формирования электронног Йиода 1, отклоняю(цие катушки 2, элек ронный диод 3, образец 4, коллекторн систему 5, энергетический анализатор б , детектор электронов 7, схему форм ования функции сравнения и запоминаия ее амплитуды 8, блок преобразоваия сигнала во временной кся 9, декоирующий блок 10, формирователь, имульса дополнительной засветки обласи заданного потенциала 11, генератор илообразного напряжения 12, блок смещения и фиксации нулевого уровня пилообразного напряжения 13, регистратор (видеоконтрольное устройство) 14, двухпозиционные переключатели ряда абот Hi и П . Устройство работает следующим образом. Электронный зонд, формируемый в колрнне 1, отклоняется с помощью катушек 2 и генераторов строчной и кадровой разверток блока 14 так, что выписывает на .поверхности изучаемого объекта 4 растр. Эмиттированные вторичные электроны собираются коллектором 5 и проходят через эйергетический анализатор б. На управляющую сетку анализатора б через блок смещения и фиксации нулевого уровня пилообразного напряжения 13 подается напряжение постоянной частоты от генератора пилообразйого напряжения 12, Таким образом,на выходе детектора электронов 7 формируется электрический сигнал, представляющий собой периодически повторяемую кривую задерж- ки, который поступает на вход cxeNOJ формирования функции сравнения и запоминания ее амплитуды 8, где производится последовательное формирование функции сравнения и запоминания заданного отношения значения функции сравнения к величине ее амплитуды. В качестве функции сравнения может использоваться как кривая задержки, так и ее вторая производная, а также энергетич,еский спеКтр вторичных электронов, который может быть снят при работе энергетического анализатора в режиме узкополосного фильтра. При наличии потенциального рельефа сигнал (кривая задержки) будет смещаться в пределах однопериодной развертки пилообразного напряжения на величину, пропорциональную значению потенциала в исследуемой точке объекта. Далее сигнал подается в блок преобразования амплитуды во в земенной код 9, где производится формирование и выработка прямоугольных импульсов малой длительности. Положение такого импульса во времени определяется потенциалом в исследуемой точке образца 4 и заданным уровнем пилообразного напряжения. Селекция импульсов осуществляется с помощью декодирующего блока 10, на вход которого поступают также си гналы пилообразного напряжения нулевого уровня от генератора 12. В блоке 10 информация о поверхностном потенциале, заключенная в соответстВ5 ющих смещениях во времени импульсо поступающих с блока преобразования :;игнала во временной код 9, относительно опорных импульсов малой длительности (менее 1 - 10 мкс) и строг фиксированного положения во времени вырабатываемых схемой формирования опорного импульса блока 10, преобразуется либо в сигнал, амплитуда кото рого пропорциональна величине потенциала в соответствующей точке исследуемой област объекта (этот сигнал поступает через переключатель ri-j. на отклоняющие пластины ЭЛТ регистратора 14 для получения информации о рас пределении потенциала вдоль линии сканирования) либо, при совпадении опорного импульса и импульса заданного потенциала, в сигнал, поступающий через переключатель П на вход формирования импульса дополнительной засветки области заданного потенциала 11, с выхода которого импульс засветки подается на катол ЭЛТ регистратора 14 для дополйительной засветк области или точки заданного потенциа ла, . Задание и измерение потенциала ос ществляется с помощью блока смещения и фиксации уровня пилообразного напряжения 13, выход которого соединен с анализатором 6, при этом величина подсвечиваемого потенциала считывает ся с цифрового вольтметра. При необходимости точной локализации эквипотенциальных областей легко осуществить совмещение изображения поверхности в режиме вторичной электронной эмиссии и изображения эквипотенциальных областей путем последовательного наложения соответствующих изображений при фотографировании. При этом переход к обычному режиму осуществляется простым переключением переключателя nj. Описанное устройство позволяет получать картины распределения эквипотенциальных областей изучаемой поверхности объектов, имеющих нерегулярный потенциальный рельеф, с любым числом эквипотенциалей любого sa данного значения. Точность измерения потенциалов на поверхности твердого тела в описанно устройстве достигает 0,04 В и огра-, ничивается только конструкцией колле тора вторичных электронов. Большой динамический диапазон ( 30 В) изменения амплитуды входного сигнала поз воляет исключить ашкбкк измерений, возникающие из-за изменения амплитуды сигнала задержки в различных тЬчках объекта со сложным микрорельефом Существенно расширены функциональ ные возможности РЭМ, так как в описанном устройстве обеспечивается возможность получать не только изображения эквипотенциалей, но и автоматически вычерчивать распределение потенциала вдоль заданного направления при последовательном изменении потенциала, а также получать контуры равных значений напряженности при исследовании микрополей рассеяния. Формула изобретения Растровый электронный микроскоп, содержащий электронно-оптическую систему коллекторную систему с энергетическим анализатором и детектором электронов, генератор пилообразного напряжения, устройство преобразования видеосигналов и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений на объектах t любым згеометричесКим рельефом и расйирения функциональных возможностей растрового электронного микроскопа, ,в нем устройство преобразования видеосигналов выполнено в виде блока преобразования сигнала во временной код, схемы формирования функции сравнения и запоминания ее амплитуды, блока смещения и фиксации уровня пилообразного напряжения, декодирующего блока и формирователя импульса дополнительной засветки областей заданного потенциала, включенных таким образом, что детектор коллекторной сиетеки подключен через Двухпозиционный переключатель к одному из входов регистратора и к входу схемь формирования функции сравнения и запоминания ее амплитуды, выход которой подключен ко входу блока преобразования сигнала во времен,ной код, который через декодирующий блок, ДВУХПОЗИЦИОННЫЙ переключатель и формирователь импульса дополнительной засветки подключен на два других входа регистратора, при этом генератор пилообразного напряжения подключен на вход декодирующего блока и через блок смещения и фиксации уровня пилообразного напряжения к энергетическому анализатору. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1,Дюков в. Г, и др. Растровый лектронный микроскоп с фильтрацией торичных электронов по энергиям, атериалы IX Всесоюзной конференции о электронной микроскопии. Тбилиси. ,, 1973, 100, 2,Авторское свидетельство СССР 517080, кл, Н 01 J 37/26, 1974 (проотип) ,

HiM tnuufun бКУ