Способ измерения диаметра электронного зонда в растровом электронном микроскопе Советский патент 1981 года по МПК H01J37/28 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА ЭЛЕКТРОННОГО ЗОНДА В РАСТРОВОМ ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ

I

Изобретение относится к области электронной микроскопии, в частности к способам измерения диаметра электронного зонда в растровом электронном микроскопе (РЭМ).

Известен способ измерения диаметра зонда в РЭМ, заключающийся в сканировании электронным зондом непрозрачного для электронов объекта, например диафрагмы со щелью, получении с помощью цилиндра Фарадея сигнала, прошедщего через диафрагму, тока, и определения диаметра зонда по параметрам полученного сигнала с помошью расчетной формулы (по величине разности моментов времени, соо -ветствующих достижению сигналом прошедшего тока уровней при положениях зонда, когда его центр смешен относительно края щели на расстояние, равное радиусу |1.

Однако известный способ позволяет проводить измерения зондов диаметром лишь до нескольких микрон, поскольку при измерении зондов меньшего диаметра точность измерений снижается вследствие трудностей измерения с необходимой точностью величины прошедпгего тока.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения диаметра электронного зонда в РЭМ, заключающийся в сканировании эле1Л ронным зондом непрозрачного для электронов объекта (диафрагм), получении на экране видеоконтрольного устройства микроскопа (ВКУ), сигнала тока вторичной эмиссии с объекта (с помощью детектора вторичных электронов) и .определении диаметра зонда по параметрам полученного сигнала 2.

10

Данный способ позволяет проводить измерения зондов диаметром до сотен нанометров, что достигается за счет повышения точности регистрации величины тока вторичной

IS эмиссии детектора и вторичных электронов, Однако при измерении зондов меньшего диаметра данный способ не обеспечивает необходимой точности измерений, так как диаметр зонда становится сравнимым с неровностями края диафрагмы, вследствие чего

30 снижается точность регистрации сигнала вторично эмиссионного тока и фиксации необходимь1х моментов времени.

Цель изобретения -устранение указанных недостатков и расширение диапазона измерений в сторону меньижх диаметров зонда при повьпнении точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что э способе измерения диаметра электронного зонда в растровом электронном микроскопе, заключающемся в сканировании электронным зондом непрозрачного для электронов объекта, получении на экране видеоконтрольного устройства микроскопа сигнала тока вторичной эмиссии с объекта и определении диаметра зонда по параметрам полученного сигнала, в качестве объекта используют кристалл с прямоугольными гранями, одну из которых устанавлива-ют на электронно-оптической оси микроскопа перпендикулярно направлению сканирования, а диаметр зонда определяют по формуле: д. 1.6-L-t.

M-tp.

где L - размер растра на экране ВКУ; t -время нарастания сигнала от точки пересечения установившегося уровня сигнала с его фронтальным участком до максимального значения;

М - увеличение микроскопа; tp - длительность активной части строки растра.

Расширение диапазона измерений в сторону меньпшх диаметров зонда и повышение точности измерений, диаметра зонда обусловлено повышение точности регистрации сигнала тока вторичной эмиссии, вследствие использования в качестве непрозрачного для электронов объекта кристалла с прямоугольными гранями, так как ребро кристаллического объекта имеет меньшую шероховатость края по сравнению с краем щели диафрагмы, а также повышение точности измерения параметров сигналэ тока вторичной эмиссии с объекта, используемых в расчетной формуле для определения диаметра зонда, так как производится измерение времени .нарастания сигнала от точки пересечения установившегося уровня сигнала с его фронтальной частью до максимума, а не времени нарастания сигнала между двумя уровнями (выбранных достаточно условно), как это осуществляется в известном способе.

Кроме того, предлагаемый способ позволяет проводить многократный контроль диаметра электронного зонда в работающем приборе при исключении необходимости введения на электронно-оптическую ось микроскопа каких-либо дополнительных щелевых или ножевых диафрагм.

На фиг. 1 показана общая схема РЭМ; на фиг. 2 - упрон1енная схема выхода вторичных электронов с поверхности кристалла;

на фиг. 3 характерный ни. сигналов тока

вторичной эмиссии.

в состав РЭМ входят электронно-оптическая система I, электронная пушка 2, формирующая линза 3, отклоняющая система 4, камера 5 объектов, стол 6 объектов, 5 кристалл 7 и детектор 8 вторичных электронов. В систему обработки информации входят ВКУ 9, .измерительное устройство 10, и вычислительный блок П. На фиг. 2 показано взаимное расположение граней кристалла 7 относительно электронного зонда 12 и

0 направления выхода вторичнь1х электронов 13. Кривые сигналов 14-16 соответствуют различным диаметрам зонда, наименьшему из которых соответствует кривая 14. Устройство работает следующим образом.

5 Электронный пучок, создаваемый электронной пушкой 2, формируется с помощью линзы 3 в электронный зонд малого диаметра на поверхности размещенного на столе объектов 6 объекта 7. Сканирование электронным зондом поверхности объекта осуществляется с помощью отклоняющей системы 4.

Перед началом измерений кристаллический объект с прямоугольными гранями (например, кристалл галленита) устанавливают на столе .объектов таким образом, чтобы

одна из его граней была нерпендикулярна направелению сканирования и располагалась на электронно-оптической оси микроскопа. Это осуществляется с помощью ВКУ РЭМ 9, на экране которого получают изобд ражение одного из ребер кристалла и, регулируя положение объекта, добиваются совпадения изображения ребра кристалла с вертикальной прямой, проходящей через центр экрана ВКУ 9.

При включенной строчной и выключенной

, кадровой развертках, сканируют электрон ным зондом объект 7, регистрируют с помощью детектора вторичных электронов 8 сигнал тока вторичных электронов с объекта 7. Поскольку при взаимодействии электронного зонда с объектом - кристаллом с

Q прямоугольными гранями, при падении зонда в непосредственной близости от ребра его горизонтальной грани, ток вторичной эмиссии с объекта 7 возрастает за счет вторичных электронов, эмиттированных соседней вертикальной гранью («эффект края),

5 то сигнал тока вторичной эмиссии с объекта имеет ярко выраженный максимум (фиг. 3), а затем приходит к установившемуся значению (экспериментальные и расчетные данные показывают, что положение максимума относительно ребра горизонтальной грани

0 определяется радиусом зонда). Ток вторичных электронов с объекта, зарегистрированный детектором 8, подается на ВКУ РЭМ 9, на экране которого отображается сигнал тока вторичных электронов с объекта 7 при его сканировании электронным зондом. В полученном на экране ВКУ 9 сигнале находят точку пересечения установишпегося уровня сигнала с его фронтальной частью (фиг. 3) и с помощью измерительного устройства 10 определяют время нарастания сигнала от этой точки до максимального значения. Результат измерений (величина t в расчетной формуле) подается иа вход вычислительного устройства П, в которое предварительно вводятся данные о размере растра на экране ВКУ РЭМ (С), длительности активной части строки растра (tp) .и увеличении микроскопа (М). В вычислительном устройстве 11 производится определение диаметра зонда по приведенной формуле. Таким образом,способ позволяет расширить диапазон измерений в сторону меньших диаметров зонда (порядка десятков нанометров) при повышении точности измерений за счет использования для определения диаметра зонда сигнала вторично-эмиссионного тока с кристаллического объекта с прямоугольными гранями и повышении точности измерения параметров этого сигнала, используемых в расчетной формуле. Измерение диаметра зонда возможно упростить, если для измерений упомянутых временных характеристик сигнала тока вторичной эмиссии с объекта воспользоваться режимом У-модуляции, который имеется во всех современных РЭМ. В этом режиме форма видеосигнала может быть зафиксирована на фотографии, полученной с экрана ВКУНа фотографии с помощью масштабной линейки проводятся все необходимые измерения. Предлагаемый способ может быть использован в электроино-зондовых устройствах, снабженных детектором вторичных электронов, где он позволит проводить оперативное измерение диаметра электронного зонда и разрешающей способности прибора. Формула изобретения Способ измерения диаметра электронного зонда в растровом электронном микроскопе, заключающийся в сканировании электронным зондом непрозрачного для электронов объекта, получение на экране видеоконтрольного устройства микроскопа сигнала тока вторичной эмиссии с объекта, и определении диаметра зонда по параметрам полученного сигнала, отличающийся тем, что, с. целью расширения диапазона измерений в сторойу меньших диаметров зонда при повышении точности измерений, в качестве объекта используIOT кристалл с прямоугольными граняМи, одну из которых устанавливают на электроинооптической оси микроскопа перпендикулярно направлению сканирования, а диаметр зонда определяют по формуле „ t,6-L- t Л M-tp где t -размер растра на экране видеоконтрольного устройства; t - время нарастания сигнала от точкн пересечения установившегося уровня сигнала с его фронтальным участком до максимального значения; -увеличение микроскопа; tp - длительность активной части строки растра.. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Голубков М. П. и Кабанов А. Н. О пределах измерения диаметра электронного зонда. Труды МИЭМ. Вып. 35, 1974. с. 5-7. 2.Vanghan W. Н. «The direct determination of SEM Beam diameters, - «Scan. Electron Microscopy Proc. Symp. Toronto V. I, 1976, pp. 745-752 (прототип).

.З