SU682967A1 - Electronic raster microscope - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к области электронно-оптического приборостроени .The invention relates to the field of electro-optical instrumentation.

Растровый электронный микроскоп (РЭМ) позвол ет наблюдать структуру потенциального рельефа на поверхности твердых тел. Наиболее полным информативным количественным отображением потенциального рельефа  вл етс  картина эквипотенциалей .A scanning electron microscope (SEM) allows one to observe the structure of a potential relief on the surface of solids. The most complete informative quantitative display of the potential relief is the picture of equipotentials.

Известны растровые электронные микроскопы дл  измерени  потенциального рельефа на поверхности твердых тел 1, содержащие электронно-оптическую часть, видеоконтрольный блок и коллектор вторичных электронов с узкополосным энергетическим анализатором. В данном РЭМ изображение серии эквнпотенциалей получаетс  путем многократного экспонировани  одного кадра со стуненчатьш сдвигом вручную положени  области пропускани  анализатора по энерги м, а точность построени  картины эквипотенциалей очень низка (2-3 эВ) и ограничиваетс  полушириной максимума кривой энергетического распределени  медленных вторичных электронов.Scanning electron microscopes are known for measuring potential relief on the surface of solids 1, containing an electron-optical part, a video monitoring unit and a secondary electron collector with a narrow-band energy analyzer. In this SEM, an image of a series of equivalents is obtained by repeatedly exposing one frame with a manual shift of the position of the analyzer's transmission region in energy, and the accuracy of building a picture of equipotentials is very low (2-3 eV) and limited by the half-width of the maximum of the energy distribution curve of slow secondary electrons.

Наиболее близким к изобретению техническим решением  вл етс  РЭМ 2, содержапхий электронно-оптическую часть, вндеоконтрольный блок, коллектор вторичных электронов, снабженный энергетическимThe closest technical solution to the invention is the SEM 2, the content of the electron-optical part, the out-of-control unit, the secondary electron collector, supplied with energy

анализатором, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), пластины вертикального отклонени  которой соединены через усилитель с выходом коллектора, генератор пнлообразного напр жени , соединенный с управл ющим электродом анализатора и с пластинами горизонтального отклонени  трубки, включенный на вход видеоконтрольного блока фоторегистратор, фоточувствительна analyzer, cathode ray tube (CRT), the vertical deflection plates of which are connected through an amplifier to the collector output, a voltage generator connected to the analyzer's control electrode and connected to the input of the video monitoring unit photo recorder, photosensitive

поверхность которого ориентирована на экран ЭЛТ, и расноложенный меледу ними трафарет, выполненный в виде непрозрачного экрана с набором прорезей, ориентированным вдоль направлени  горизонтального отклонени  луча в трубке.the surface of which is oriented to the screen of a CRT, and a stencil laid out by their meled, made in the form of an opaque screen with a set of slits oriented along the direction of the horizontal deflection of the beam in the tube.

Иринцип действи  такого РЭМ основан на регистрации сдвига кривых задержки спектра вторичных электронов, эмиттированных различными точкамн иоверхноетиThe effect of such an SEM is based on the registration of a shift in the delay curves of the spectrum of secondary electrons emitted by different points on the surface.

объекта, имеющей потенциальный рельеф. С помощью данного устройства получают картины эквипотенциалей с минимальной разностью потенциалов в 0,2 В между соседними четко различными эквипотенциал ми .an object with potential relief. With the help of this device, pictures of equipotentials with a minimum potential difference of 0.2 V between adjacent clearly different equipotentials are obtained.

Недостатками известного устройства  вл ютс  дискретный характер получаемых на нем изображений эквипотенциалей и недостаточно высока  точность измерений, котора  зависит от толщины линии, представл ющей собой осциллограмму кривой задержки спектра вторичных электронов, и угла наклона последней на экране ЭЛТ, а также от стабильности ее формы дл  различны .х,рчй1«субъекта. Толщина линии зависит , в 6с1ювном, от соотношени  сигналшум напрЖКёни , иоступаюш,его с выхода коллектора через усилитель на пластины вертикального отклонени  ЭЛТ, и частотной полосы пропускани  видеотракта.The disadvantages of the known device are the discrete nature of the images of equipotentials obtained on it and the measurement accuracy is not high enough, depending on the thickness of the line, the oscillogram of the delay curve of the spectrum of secondary electrons, and the angle of inclination of the latter on the CRT screen, as well as on the stability of its shape. .x, rchy1 "of the subject. The thickness of the line depends, in 6Syvny, on the ratio of the signal and voltage of the voltage, it is available, from the collector output through the amplifier to the plates of the vertical deflection of the CRT, and the frequency bandwidth of the video path.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  потенциала на поверхности твердого тела.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measuring the potential on the surface of a solid.

5казаына  цель достигаетс  тем, что в предлагаемом РЭМ нластины горизонтального отклонени  ЭЛТ соединены с цепью строчной развертки видеоконтрольного олока , набор прорезей трафарета ориентирован вдоль направлени  вертикального отклонени  луча ЭЛТ.5, the goal is achieved by the fact that in the proposed SEM of the horizontal deviation CRT base plate is connected to the horizontal scan chain of the video monitor, the set of stencil slots is oriented along the direction of the vertical deflection of the CRT beam.

Сущность изобретени  по сн етс  чертежом , где: 1 - электронно-оитическа  часть РЭМ, 2 - отклон ющие катушки, 3 - вндеоконтрольный блок, 4 - объект, 5 - коллектор вторичных электронов, 6 - энергетический анализатор, 7 - детектор, - усилитель, 9 - электронно-лучева  трубка, 10 - фоторегистратор, 11 - трафарет, 12- оптическа  линза, 13 - полупрозрачный детектор .The invention is illustrated in the drawing, where: 1 is the electronic component of the SEM, 2 is deflecting coils, 3 is an out-of-control unit, 4 is an object, 5 is a secondary electron collector, 6 is an energy analyzer, 7 is a detector, is an amplifier, 9 - electron beam tube, 10 - photo recorder, 11 - stencil, 12 - optical lens, 13 - translucent detector.

РЭМ работает следующим образом.SEM works as follows.

Электронный зонд, формируемый в колонне электронно-оптической части 1, отклон етс  с помощью катушек 2 и генераторов строчной и кадровой разверток блока 3 так, что он выписывает на изучаемой поверхности объекта 4 растр. Эмиттированные вторичные электроны собираютс  входными электродами коллектора 5 и, ускорившись , проход т через анализатор 6. Анализатор 6 действует как пороговый, т. е. пропускает электроны с энергией, превышающей определенное значение. «Высота порога устанавливаетс  на необходимом уровне подачей на управл ющий электрод анализатора посто нного напр жени  относительно объекта. Так как медленна  компонента вторичных электронов обладает определенным спектром с полушириной максимума около 3 эВ, то количество прошедших анализатор электронов в определенном дианазоне (около 1 В) зависит линейно от разности потенциалов между управл ющим электродом анализатора и эмиттирующим микроучастком образца.The electronic probe formed in the column of the electron-optical part 1 is deflected with the help of coils 2 and generators of line and frame scans of unit 3 so that it writes out a raster on the studied surface of the object 4. The emitted secondary electrons are collected by the input electrodes of the collector 5 and, having accelerated, pass through the analyzer 6. The analyzer 6 acts as a threshold, i.e. transmits electrons with energy exceeding a certain value. The threshold height is set at the required level by applying a constant voltage analyzer to the control electrode relative to the object. Since the slow component of the secondary electrons has a specific spectrum with a half-width of about 3 eV maximum, the number of electrons passed through the analyzer in a certain dianasone (about 1 V) depends linearly on the potential difference between the control electrode of the analyzer and the emitting micro site.

В процессе работы РЭМ на входе детектора 7 вырабатываетс  сигнал, соответствующий эмиссионной способности различных точек объекта. Напр жение, вырабатываемое усилителем 8, пропорциональное детектируемому сигналу, подаетс  на пластины вертикального отклонени  ЭЛТ 9 и обесиечивает модул цию отклонени  электронного луча на экране ЭЛТ в соответствии со значением потенциала в данной точке объекта . Фоторегистратор 10 улавливает световой сигнал, перенесенный с экрана ЭЛТ в плоскость трафарета И с помощью оптической линзы 12. В случае отсутстви  потенциального рельефа на поверхности однородного объекта на экране ЭЛТ за каждьп период строчной развертки будет вычерчиватьс  горизонтальна  лини , котора  .может целиком «просвечивать через одну изDuring the operation of the SEM at the input of the detector 7, a signal is generated corresponding to the emissivity of various points of the object. The voltage produced by the amplifier 8, proportional to the detected signal, is applied to the vertical deflection plates of the CRT 9 and provides for the modulation of the deflection of the electron beam on the CRT screen in accordance with the potential value at this point of the object. The photographic recorder 10 picks up the light signal transferred from the CRT screen to the stencil plane and using an optical lens 12. In the absence of potential relief on the surface of a homogeneous object on the CRT screen, a horizontal line will be drawn on each CRT screen, which can completely see through one of

щелей трафарета. При наличии потенциального рельефа на экране ЭЛТ вычерчиваетс  зависимость потенциала от координаты па поверхности объекта вдоль линии сканировани , и фоторегистратор улавливает прерывистый сигнал от разных щелей трафарета, вырабатыва  тем самым видеосигнал картины эквипотенциалей.stencil slots. If there is a potential relief on the CRT screen, the potential is plotted as a function of the coordinates of the object surface along the scan line, and the photo recorder detects an intermittent signal from different stencil slots, thereby producing a video signal of the equipotential pattern.

В данном устройстве за счет изменени  принципа оптоэлектронного формировани In this device, by changing the principle of optoelectronic formation

видеосигнала дл  ностроени  эквипотенциалей необходима  частотна  полоса пропускани  видеотракта может быть уменьшена на несколько пор дков, что нозвол ет при том же соотношении сигнал/шум повыситьvideo signal for equipotential plots necessary frequency bandwidth video path can be reduced by several orders of magnitude, which at the same signal-to-noise ratio increase

коэффициент усилени  и достигнуть более высокой точности построени  эквипотенциалей .gain factor and achieve higher accuracy in building equipotentials.

Устройство может дополнительно содержать полунрозрачный детектор 13, расположенный в коллекторе вторичных электронов между анализатором и образцом и подключенный иа вход регулировки усилени  усилител . Полунрозрачный детектор позвол ет регистрировать относительный токThe device may further comprise a semi-transparent detector 13 located in the secondary electron collector between the analyzer and the sample and connected to the amplifier gain control input. The semi-transparent detector allows the detection of relative current

вторичных электронов до попадани  их в анализатор и путем регулировки коэффициента усилени  усилител  достигнуть посто нных значений амплитуды и угла наклона кривой задержки на экране ЭЛТ.secondary electrons before they enter the analyzer and by adjusting the gain of the amplifier to achieve constant amplitude and slope of the delay curve on the CRT screen.

Таким образом исключаетс  вли ние микрогеометрии поверхности объекта на точность построени  эвипотенциалей. Описанное устройство при использовании дополнительного полупрозрачного детектора обеспечивает построение эквииотенциалей, а следовательно, и измерение потенциала на поверхности твердого тела с точностью 0,01 В.Thus, the influence of the microgeometry of the object surface on the accuracy of the construction of evipotentials is eliminated. The described device with the use of an additional translucent detector provides the construction of equieotentials, and, consequently, the measurement of the potential on the solid surface with an accuracy of 0.01 V.

Claims (2)

1. Растровый электронный микроскоп, содержащий электронно-оптичеекую часть, видеоконтрольный блок, коллектор вторичных электронов, снабженный энергетическим анализатором, электронно-лучевую трубку, пластины вертикального отклонени  которой соединены через усилитель с выходом коллектора, включенный на вход видеоконтрольного блока фоторегистратор, фоточувствительна  поверхность которого ориентирована на экран электронно-лучевой трубки, и расположенный «между ними фоторегистратор-экран, выполненный в виде непрозрачного экрана с набором прорезей , отличающийс  тем, что, е целью1. A scanning electron microscope containing an electron-optical part, a video monitoring unit, a secondary electron collector equipped with an energy analyzer, an electron-beam tube whose vertical deflection plates are connected through an amplifier to a collector output connected to the input of a video monitoring unit photo recorder whose photosensitive surface is oriented to the screen of the cathode-ray tube, and a “photo recorder-screen between them, made in the form of an opaque screen a set of slits, characterized in that повышени  точности измерени  потенциала на поверхности твердого тела, пластины горизонтального отклонени  электронно-лучевой трубки соединены с цепью строчной развертки видеоконтрольного блока, при этом набор прорезей трафарета ориентирован вдоль направлени  вертикального отклонени  луча электронно-лучевой трубки.increasing the accuracy of measuring the potential on the solid surface; horizontal plates of the cathode ray tube are connected to the horizontal scan chain of the video monitoring unit; the set of stencil slots is oriented along the direction of the vertical deflection of the beam of the cathode ray tube. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination 1.Дюков В. Г., Роу Э. И., Спивак Г. В., Саговаев А. А. Приборы и техника эксперимента , 1974, № 5, с. 200.1.Dyukov V.G., Row E.I., Spivak G.V., Sagovaev A.A. Instruments and Experimental Technique, 1974, No. 5, p. 200 2.Авторское свидетельство СССР № 517080, кл. Н 01J 37/26, 1974, (прототип).2. USSR author's certificate number 517080, cl. H 01J 37/26, 1974, (prototype). 7/7 /