Растровое устройство для анализа структуры объекта

 

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

„,80„„1737558

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1) Н 01 1 37/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 ll q Щ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

° ПРИ ГКНТ СССР

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1. (21) 4753 73 5/21 (гг) 28.07.89 (46) 30.05.92. Бюл. Г 20 (71) Научно-производственное объединение "Орион" Научно-исследовательского института электронной и ионной оптики (72) Е.П.Бочаров (53) 621.385.833(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1019520, кл. Н 01 1 37/28, 1982 °

Берниус, Моррисон. Вторично-ионная микроскопия с анализом по мас.— се.- Приборы для научных исследований, 1987, Р" 10, с.6. (57) РАСТРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА .СТРУКТУРИ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к лучевому оптическому приборостроению.

Целью изобретения является повышение точности определения химического состава твердых объектов путем обеспечения возможности послойного

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

Целью изобретения явпяется повы"шение точности определения.химического состава твердых объектов путем обеспечения возможности послойного анализа непосредственно в yctройстве.

2 анализа непосредственно в приборе.

Устройство содержит последовательно расположенные по оптической оси источник ионов, системы формирования и сканирования пучка и столик объектов. В блок-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.

На фиг. 1 показана блок-схема предла гаемого устройст ва, на фиг . 2.схема программатора, на Фиг.3 - временная диаграмма изменения мощности пучка а 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

3 сканирования пучка, которая позволяет выводить пучок в заданную координату объекта и затем сканировать его no объекту в двух взаимно последовательных направлениях, и столик 4 объектов для размещения исследуемого объекта, а также последовательно соединенные масс-спектрометр детектор 6, предусилитель 7, видеоусилитель 8 и электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 9, которая соединена с блоком 1О регистрации. Выходы генератора 11 развертки соединены с выводами системы 3 сканирования пучка и входами 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, вто- 20 рой вход которого соединен с выходом генератора 11 разверток, а третий вход - с первым выходом программатора 14, Второй, третий и четвертый выходы программатора соединены сост - 25 ветственно с вторым входом блока 10 регистрации, входом генератора 11 разверток и входом регулятора 15 мощности пучка, выход которого соединен с выводами источника i ионов. 30

Блок 10 регистрации может быть выполнен, например, в виде накопителя на магнитном ь.гасителе. Блок 13 памяти выполнен на матрице электронных элементов с дешифраторами адреса и усилителями.

Программатор 14 (фиг.2). содержит кнопку 16 пуска, генератор 17 переменной частоты с выведенной на переднюю панель настройкой, десятичные счетчики с дешифраторами 18-21, задатчи40 ки 22-25 числа импульсов на переключателях, также выведенных на переднюю панель, схемы 26-29 совпадений, Формирователь 30 строб-имгульса для задания режима анализа, кнопки 31 и

32 для передачи синхроимпульсов от генератора 17 переменной частоты, схемы 2И 33 и 34 для пропускания синхроимпульсов, схемы 2ИЛИ 35 и 36 и схему 37 Формирования напряжения, управляющего регулятором 15. мощности пучка .

Устройство работает следующим об" разом, Программатор 14 задает начало координат исследуемого объема объекта, размеры исследуемого объема в трех взаимно перпендикулярных направлениях

58 число анализируемых слоев объема и толщину испаряемого слоя. Через регулятор 15 мощности пучка îí задает 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 неподвижном пучке и развертка ЭЛТ 9 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 испарейия.

Оператор устанавливает органами управления програмМатора исходные данные: начальные координаты по осям X u

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 генераратора 17 число анализируемых точек в стро" ке - переключателями схемы 26 совпадения, число анализируемых строк-переключателями схемы 27 совпадения, количество проходов пучком по анализируемому участку в режиме испарения для снятия одного слоя - переключателями схемы 28 совпадения, количество анализируемых слоевпереключателями 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 34 и<. 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 РЦП, которое образуется в результате поступления импульсов при нажатии кнопки 31, т.е. когда выставлялось начало координат по оси Х.

Синхроимпульсы генератора 17 одновременно поступают на вход десятичного счетчика 1Р, и, когда выходы, на которых в данный момент присутствуют поделенные импульсы, совпадают с выбранными контактами переключателей, по единицам, десяткам и сотням, схема 26 совпадения формирует импульс, который обнуляет счетчик 1Н, поступает как синхроимпульс на счетчик

19 и для Формирования кадровой развертки на схему 2И 34.

Аналогично работают узлы программатора 19-23-27, 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 материала 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.3 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 анализр, а уровень мощности Р> режиму испарения. .Соответственно в интервалах времени 0-"q й4- ;, йд-й9, С12 -" 19 происходит анализ, в интервалах

"2 3 5 6 т 9 И Н тие слоев материала, а в интервалах 1 -Й4, 7 t6, и-11 - 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 u Y исследуемого участка объекта, расположенного на столике 4„

Одновременно с программатора 14 на первую адресную шину блока . 13 памяти поступают двоичный код номе"

По окончании анализа слоя программатор 14 через генератор 11 развертки возвращает пучок в исходную точку, устанавливает через регулятор 15 щ мощности пучка режим испарения и включает генератор 11 развертки в режим непрерывного сканирования пучка по осям X и 7, проходя поверхность участка заданное число раз (в данном случае 2 прохода), и снимая слой заданной толщины. В начале третьего прохода программатор 14 через регу- . лятор 15 мощности пучка устанавливает мощность режима подготовки. и щ сканирует поверхность еще один раз.

По окончании этого прохода программатор 14 через генератор 11 разверт- . ки и систему 3 сканирования пучка выводит пучок в исходную точку нового слоя, при этом в блок 13 памяти по первой адресной шине с программатора 14 поступает код нового слоя, Данный процесс повторяется до тех пока не закончится

7 Уг,гЯ 6 ра слоя и напряжения отклонения выбранной точки объек а. Затем по команде с программатора 14 генератор р

11 развертки подает ступенчатое напряжение разверток на масс-спектрометр 5 и ЭЛТ 9, а также двоичный код шагов отклоняющего напряженияна вторую адресную шину. блока 13 па10

Продетектированный и усиленный в предусилителе. 7 сигнал через видеоусилитель 8 поступает на ЭЛТ 9, формируя на экране кривую распределения химических элементов в данной точке объекта. Одновременно видеосигнал, преобразованный в двоичный код а АЦП 12, поступает на шину данных блока 13 памяти, на вторую адрес20 ную шину которого в это время поступает код адреса ступени развертывающего напряжения, осуществляя таким образом запись информации о наличии химических элементов в струк25 туре вещества исследуемой точки объекта . По окончании этого процесса программатор 14 дает команду для перехода в следующую исследуемую точку 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.

7 1737558

8 анализ йоследнего слоя исследуемого также управлять технологическими объема объекта. процессами обработки посредством объ

По окончании цикла регистрации емного контроля состава технологичеданных может быть произведена об- «» сред работка данных, которые были записа- o p " y a a и 3 о б р е т е н и я . ны в блоке l3 памяти, например рас- . Растровое устройст во для анализа пределение химических элементов в ин- структуры объекта, содержащее послетересующей точке исследуемого объ- довательно расположенные по оптичеема или распределение какого"либо щ ской оси источник ионов, системы химического элемента по площади оп- формирования и сканирования пучка и ределенного слоя или всех слоев ис- столик объектов, а также последоваследуемого объема - картирование тельно соединенные масс-спектрометр, химических элементов послойно. детектор, предусилитель, видеоусили- .

Результаты обработки могут быть ) g тель и электронно"лучевую трубку, соевыведены для визуального анализа диненную с блоком регистрации, и на экран ЭЛТ 9, а также в блок 10 генератор разверток, выходы которого регистрации для документирования соединены с выводами системы сканиили последующей обработки, Так как рования пучка и входами масс-спектроданные записаны в цифровой форме, 20 метра и электронно-лучевой трубки, дальнейшую обработку данных удобно о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с проводить на ЭВИ. целью повышения точности определения

Таким образом, предлагаемое уст- . химического состава твердых объектов .ройство обеспечивает возможность оп- путем обеспечения возможности послойределения распределения химических 2$ ного анализа непосредственно в устл элементов не только на поверхности и в ройстве, оно снабжено блоком памяти, приповерхностном слое твердого объек- программатором, регулятором мощности

ta но также позволяет производить по- пучка и аналого-цифровым преобразоваслойный анализ материалов, т.е. полу- телем, вход которого соединен с вычать трехмерную информацию. Это поз- р ходом предусилителя, а выход - с перволяет производить детальное изме" вым входом блока памяти, выход ко" рение химического состава простых торого соединен.с.первым входом бло" материалов и сложных композиций для . ка регистрации, второй вход " с вырешения исследовательских и техноло" ходом генератора развертпк, третий гических задач во многих областях вход - с первым выходом программатора, электронной техники, особенно в мик- второй, третий и четвертый выходы короэлектронике. Предлагаемое устрой- торого соединены соответственно с ство позволяет не только определять вторым входом блока регистрации, вхо. физическую причину брака изделия дом генератора разверток и входом электронной техники, но и обнаружи- регулятора мощности пучка, выход ковать скрытый брак, не выявляемый торого соединен с выводами источнисуществующими методами контроля, а ка ионов, t

1737558

1737558

7 8 9 10 и 12 19

Фиг.З

Составитель В. Га врюшин

Техред A,Êðàâ÷óê Корректор It. Пилипенко

Редактор A.Ëåæíèíà

° °

Заказ 1898 Тираж Подписное

ВНИИПЙ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушекая наб., д. 4/5

ЮЮФВЮ

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ултород, ул. Гагарина, 101